DE3789227T2

DE3789227T2 - Numerische regelvorrichtung.

Info

Publication number: DE3789227T2
Application number: DE3789227T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Kurakake; Keiji Sakamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1986-12-12
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2007-12-12
Also published as: US4890046A; EP0292574A1; JPS63148314A; DE3789227D1; WO1988004445A1; KR890700241A; EP0292574A4; EP0292574B1; KR910006499B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung mit einer Spielkorrekturfunktion für einen Bewegungsbefehl zur effektiven Ausführung der Positionierung eines Servosystems mit halbgeschlossener Schleife.
Eine Steuerschaltung mit halbgeschlossener Schleife der in Fig. 3 gezeigten Art wird als eine CNC-Servosteuerschaltung verwendet. In der Figur umfaßt eine Informationsverarbeitungsschaltung X eine CPU und einen Speicher und bildet ein Befehlssignal für einen Servomotor. Ein Servomechanismus Y ist durch eine Komparatorschaltung zum Vergleichen des Befehlssignals und eines Signals aus einem Positionsdetektor E, einer Servoantriebsschaltung B, einem Servomotor C, einem Geschwindigkeitsdetektor d und einem einen Funktionsdrehmelder oder einen Impulskodierer verwendenden Positionsdetektor e gebildet und so angepaßt, daß er eine Maschine Z, beispielsweise einen Tisch, über eine Kugelumlaufspindel f steuert.
Das System mit der halbgeschlossenen Schleife steuert, wie dargestellt, eine Last durch Ausführen einer Positionsdetektion an einem Bereich der Motorwelle oder Kugelumlaufspindel vor der Maschine Z, beispielsweise ein Tisch, die der letztendlich zu steuernde Gegenstand ist. Die Steuerung wird bis zur Motorwelle oder Kugelumlaufspindel genau ausgeführt, und von diesem Punkt an hangt die weitere Kontrolle von der Präzision der Maschine ab.
Die Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines derartigen Servosteuersystems, bei welchem K einen Positionsverstärkungsfaktor, k&sub1; und k&sub2; Verstärkungsfaktoren, KT eine Drehmomentkonstante, TL eine Störung und Jm eine Rotorträgheit bedeuten.
Bei der Steuerung der Maschine durch ein solches System mit halb geschlossener Schleife tritt eine Ansprechverzögerung aufgrund eines Spiels im mechanischen System auf, wenn es eine Änderung in der Richtung der Servomotordrehung gibt. Um bei dieser Verzögerung in bezug auf einen Bewegungsbefehl eine Verbesserung herbeizuführen, ist es herkömmliche Praxis, im Servosystem ein Spielkorrektursignal zusammen mit dem Bewegungsbefehlssignal zuzuführen.
Die Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel einer Steuerschaltung darstellt, bei welcher ein Spielkorrektursignal BL(i) dieser Art zusammen mit einem Bewegungsbefehlssignal MC(i) in das Servosystem eingegeben wird, um einen Drehmomentbefehl zu bilden. In der Fig. 2 ist ein Integrationsterm Z&supmin;¹ unter Verwendung einer Z-Konversion (Impulsübertragungsfunktionskonversion) ausgedrückt. VEL(i) bedeutet ein Rückkopplungsgeschwindigkeitssignal, und POS(i) stellt eine Größe der Bewegung in einer Abtastperiode T, nämlich ein Rückkopplungspositionssignal dar.
Bei dieser herkömmlichen Steuerschaltung wird die Ansprechverzögerung des Servosystems durch Eingabe des Spielkorrektursignals in das Servosystem verbessert. Da jedoch bei einem tatsächlichen Servomotor und einer tatsächlichen Maschine der Reibungswiderstand vorhanden ist, bleibt noch eine auf einer Ansprechverzögerung basierende Positionsverschiebung aufrechterhalten, wenn der Servomotor seine Drehrichtung umkehrt. Wenn eine Werkzeugmaschine längs eines beispielsweise kreisförmigen Bogens durch gleichzeitige Steuerung mehrerer Achsen zu steuern ist, verhindert eine durch Reibungswiderstand in der Werkzeugmaschine verursachte Positionsverschiebung eine Bearbeitung entlang eines wahren Kreises.
Aus der JP-A-60-116004 geht eine numerische Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hervor, bei welcher das Spiel einer gesteuerten Maschine durch eine Kompensationseinrichtung in Form eines Impulsgenerators kompensiert wird, der jedes Mal wenn Bewegungsbefehle geändert werden, einen Minus- oder Plusimpuls ausgibt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend erwähnten Probleme des Standes der Technik durch Ersetzung des erwähnten Impulsgenerators durch eine Kompensationseinrichtung zu verringern, welche einen Drehmomentbefehl unter Berücksichtigung des Reibungswiderstandes kompensiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine numerische Steuervorrichtung zur Steuerung eines Servosteuersystems bereitgestellt, welches einen Servomotor durch Bildung eines Positionsbefehls aus einem Bewegungsbefehl und einem detektierten Positionssignal und eines Geschwindigkeitsbefehls, der aus dem Positionsbefehl erzeugt und dann mit einem detektierten Geschwindigkeitssignal zur Bereitstellung eines Geschwindigkeitsbefehls für den Servomotor erzeugt wird, steuert, wobei eine Kompensationseinrichtung zur Bereitstellung eines Spielkorrekturbefehls für ein Spiel an einer mechanischen Last und eines Korrektursignals mit einer Polarität, die von dem Spielkorrekturbefehl abhängt, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosteuersystem ein Steuersystem mit halbgeschlossener Schleife ist, und daß das Korrektursignal dem Spielkorrekturbefehl hinzuaddierbar ist und durch eine Korrektureinrichtung erzeugt ist, welche auf der Basis des die Bildung des Positionsbefehls unterstützenden Spielkorrekturbefehls eine Quadrantenposition bestimmt, die vorauseilt, wenn sich die Drehung des Servomotors umkehrt, und dann das Korrektursignal als ein mit einem Reibungswiderstand der mechanischen Last korrespondierendes Drehmomentkorrektursignal bildet, wobei dieses Drehmomentkorrektursignal bei der Bildung des Geschwindigkeitsbefehls für den Servomotor durch eine arithmetische Einrichtung verwendet ist.
Demgemäß werden bei der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Positionsbefehl hinsichtlich des Servosystems und ein Spielkorrekturbefehl einem Komparator zugeführt, in den das Servomotorpositionssignal eingegeben wird, und ein mit dem Reibungsdrehmoment der die Last bildenden Maschine korrespondierendes Drehmomentkorrektursignal wird dem Servosystem in Abhängigkeit von der Quadrantenposition, die vorauseilt, wenn sich die Richtung, in welcher sich der Servomotor dreht, umkehrt, als Verschiebeinformation zugeführt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1(a) (b) sind ein Blockschaltbild und ein Flußdiagramm, welche die generelle Anordnung der vorliegenden Erfindung darstellen,
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel einer Schaltung nach dem Stand der Technik darstellt,
Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Servosteuervorrichtung, die ein System mit halbgeschlossener Schleife anwendet, und
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Servosteuersystems.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
Fig. 1(a) ist ein den generellen Aufbau der Erfindung darstellendes Blockschaltbild. Der durch eine Informationsverarbeitungsschaltung gebildete Bewegungsbefehl MC(i) und der Spielkorrekturbefehl BL(i) werden einem Komparator B&sub1; eines Servosystems eingegeben, und ein Fehlersignal E&sub1; wird durch Vergleichen dieser Befehle mit der Größe der Bewegung einer Servomotorabtriebswelle in einer Abtastperiode T, d. h. dem Positionssignal POS(i) gebildet. Das Fehlersignal E&sub1; wird mit dem Positionsverstärkungsfaktor K zur Bildung eines Geschwindigkeitsbefehls E&sub2; multipliziert, der an einen Komparator B&sub2; gegeben wird. In den Komparator B&sub2; werden auch das Servomotorgeschwindigkeitssignal VEL(i) und ein Drehmomentkorrektursignal FR(i) eingegeben, das von einer Korrekturschaltung durch Verarbeitung des Spielkorrekturbefehls BL(i) unter vorbestimmten Bedingungen erhalten wird.
Fig. 1(b) ist ein Flußdiagramm zur Bildung des Drehmomentkorrektursignals FR(i) in der Korrekturschaltung A. Nur der Spielkorrekturbefehl BL(i) wird in die Korrekturschaltung A eingegeben, die das entsprechend der Quadrantenposition, die vorauseilt, wenn der Servomotor die Richtung umkehrt, mit dem Reibungswiderstand korrespondierende Drehmomentkorrektursignal FR(i) ausgibt. Insbesondere wird ein Reibungswiderstandswert Fa der an den Servomotor gekuppelten Maschine voreingestellt und der folgende Drehmomentkorrekturbefehl FR (i) in Abhängigkeit von der Quadrantenposition berechnet, die durch den Spielbefehl BL(i), der vorauseilt, wenn der Servomotor die Richtung umkehrt, berechnet:
(1) FR(i) = - Fa/(k&sub1;T) Für den dritten Quadranten [BL(i) < 0],
(2) FR(i) = 0 Für BL (i) = 0, und
(3) FR(i) = Fa/(k&sub1;T) Für den ersten Quadranten [BL(i) > 0].
Gemäß der Korrekturschaltung A der wie oben dargelegt konstruierten Steuervorrichtung wird das mit dem Reibungswiderstand korrespondierende Drehmomentkorrektursignal an den Komparator B&sub2; als Verschiebeinformation gegeben, und ein Geschwindigkeitsbefehl E&sub3; aus dem Komparator B&sub2; wird einem Komparator B&sub3; als ein Signal eingegeben, welches den Reibungswiderstand kompensiert. Danach ist die Verarbeitung die gleiche wie im Beispiel der bekannten Schaltung nach Fig. 2, bei welcher das Befehlssignal durch den Integrationsterm Z&supmin;¹ und die Verstärkungsfaktoren k&sub1;, k&sub2; korrigiert wird, so daß ein Komparator B&sub4; einen Drehmomentbefehl E6 für den Servomotor bilden kann.
Gemäß der numerischen Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird, wie in der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels erläutert, eine Spielkorrektur hinsichtlich des Bewegungsbefehls in dem Servosystem mit halbgeschlossener Schleife ausgeführt, und eine Drehmomentkorrektur kann durch Inbetrachtziehung des Reibungswidertandes des mechanischen Systems erzielt werden. Dies hat eine Verbesserung der positionellen Verschiebung auf der Basis einer Ansprechverzögerung zum Zeitpunkt einer Änderung der Drehrichtung des Servomotors zur Folge.
Die numerische Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann als ein Servosteuersystem mit halb geschlossener Schleife zum Bewirken einer Spielkorrektur hinsichtlich eines Positionsbefehls verwendet werden.

Claims

1. Numerische Steuervorrichtung zur Steuerung eines Servosteuersystems, welches einen Servomotor (C) durch Bildung eines Positionsbefehls (E&sub1;) aus einem Bewegungsbefehl (MC(i)) und einem detektierten Positionssignal (POS(i)) und eines Geschwindigkeitsbefehls (E&sub2;), der aus dem Positionsbefehl (E&sub1;) erzeugt und dann mit einem detektierten Geschwindigkeitssignal (VEL(i)) zur Bereitstellung eines Geschwindigkeitsbefehls (E&sub3;) für den Servomotor (C) erzeugt wird, steuert, wobei eine Kompensationseinrichtung zur Bereitstellung eines Spielkorrekturbefehls (BL(i)) für ein Spiel an der mechanischen Last und eines Korrektursignals (FR(i)) mit einer Polarität, die von dem Spielkorrekturbefehl (BL(i)) abhängt, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosteuersystem ein Steuersystem mit halbgeschlossener Schleife ist, und daß das Korrektursignal (FR(i)) dem Spielkorrekturbefehl (BL(i)) hinzuaddierbar ist und durch eine Korrektureinrichtung (A) erzeugt ist, welche auf der Basis des die Bildung des Positionsbefehls (E&sub1;) unterstützenden Spielkorrekturbefehls (BL(i)) eine Quadrantenposition bestimmt, die vorauseilt, wenn sich die Drehrichtung des Servomotors (C) umkehrt, und dann das Korrektursignal (FR(i)) als ein mit einem Reibungswiderstand der mechanischen Last korrespondierendes Drehmomentkorrektursignal bildet, wobei dieses Drehmomentkorrektursignal (FR(i)) bei der Bildung des Geschwindigkeitsbefehls (E&sub3;) für den Servomotor (C) durch eine arithmetische Einrichtung (B&sub2;) verwendet ist.

2. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (A) derart ausgebildet ist, daß sie einen Reibungswiderstandswert der mechanischen Last speichert und das Drehmomentkorrektursignal (FR(i)) in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Verschiebeparameter bildet.