DE4335371C2 - Kontrollvorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors - Google Patents
Kontrollvorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines LinearmotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kontrollvorrichtung und ein Ver
fahren zur Steuerung eines Linearmotors, insbesondere eine
verbesserte Kontrollvorrichtung und ein Verfahren zur Steue
rung eines Linearmotors, bei der bzw. bei dem die scheinbare
Starrheit bezüglich Störungen, die durch externe Kräfte bei
Werkzeugmaschinen-Anwendungen verursacht werden, erhöht wird.
Eine Verbesserung der Effektivität und der Produktivität
stellt ein permanent angestrebtes Ziel moderner
Bearbeitungsverfahren dar. In zunehmenden Maße wird eine
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung benutzt, um dieses Ziel zu
erreichen. Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist jedoch mit
konventionellen Geräten nur schwer zu verwirklichen. Außerdem
können sich spezifische Begleitprobleme ergeben.
Auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinenbearbeitung ergibt sich
aus einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eine Vielzahl von
Problemen. Bei der konventionellen Werkzeugmaschinenbearbei
tung werden wälzgelagerte Spindeln oder andere mechanische
Einrichtungen benutzt, um das Werkstück relativ zu einem
Schneidewerkzeug, wie etwa einem Fräskopf, zu bewegen. Mecha
nische Antriebe sind jedoch fortwährenden Verschleißerschei
nungen ausgesetzt, die sich über große Zeiträume durch den
extensiven Gebrauch ergeben. Der bei einer Hochgeschwindig
keitsbearbeitung auftretende Verschleiß bei konventionellen
mechanischen Antrieben ist gegenüber einer Bearbeitung mit
normaler Geschwindigkeit deutlich erhöht und stellt somit ein
großes Problem dar. Unter diesen Umständen erfordern mechani
sche Antriebe eine häufigere Wartung, wodurch die Effektivi
tät und Produktivität verringert werden.
Um dieses Verschleißproblem zu umgehen, können konventionelle
mechanische Antriebe durch Linearmotoren ersetzt werden. Li
nearmotoren sind ebenfalls gut für die Hoch
geschwindigkeitsbearbeitung geeignet. Ein Nachteil der Line
armotoren in der Werkzeugmaschinenanwendung ist jedoch die
relativ geringe Starrheit, Störungen zu widerstehen, die
durch externe Kräfte verursacht werden, die mit der Werkzeug
maschinenbearbeitung verbunden sind.
Während einer gewöhnlichen Werkzeugmaschinenbearbeitung ist
das Werkstück auf einer Plattform befestigt, die mechanisch
relativ zu einem Schneidwerkzeug bewegt wird. Verschiedene
äußere Kräfte können dabei auf die Werkzeugmaschinenplattform
ausgeübt werden. Die wichtigste hierbei auftretende Kraft ist
die, die durch den mechanischen Kontakt zwischen dem Schneid
werkzeug und dem Werkstück verursacht wird. Konventionelle
mechanische Antriebe besitzen eine in der Bauart liegende
Starrheit, d. h. einen Widerstand solchen äußeren Kräften ge
genüber, die durch die Reibung zwischen den Einzelteilen des
Antriebs bedingt ist. Demgegenüber werden Linearmotoren durch
die Variation des elektromagnetischen Feldes angetrieben.
Hierdurch fehlt bei Linearmotoren eine inhärente Starrheit,
um derartigen externen Kräften zu widerstehen.
Linearmotoren können jedoch mit einer scheinbaren Starrheit
ausgestattet werden. Diese wird durch eine Servosteuerung des
Motors erreicht, die Abweichungen von einer vorherbestimmten
Position korrigiert. Trotzdem war es in konventionellen Line
armotoranwendungen bisher nur möglich, eine meßbare Starrheit
in der Größenordnung von 2-9 N/µm zu erreichen.
Jedoch liegt eine solche Starrheit weit unterhalb derer, die
notwendig ist, den Anforderungen der Qualitätssicherung in
den Hochgeschwindigkeitswerkzeugmaschinen-Anwendungen zu ge
nügen.
Aus der US 48 08 901 ist ein Kontrollapparat für einen Line
armotor bekannt, der im Zusammenhang mit einem optischen
Plattengerät benutzt wird. Die bekannte Kontrolleinheit be
nutzt Einrichtungen zur Positionsbestimmung, um ein Signal
der momentanen Position der sich bewegenden Spule eines Line
armotors zu erzeugen. Durch Differentiation des momentanen
Positionssignals wird die momentane Geschwindigkeit und Be
schleunigung erzeugt. Die Abweichungen in der momentanen Po
sition, Geschwindigkeit und Beschleunigung von der erwarteten
Sollposition, -geschwindigkeit und -beschleunigung der beweg
ten Spule werden dann berechnet und dazu benutzt, Abwei
chungssignale der Position, Geschwindigkeit und Beschleuni
gung zu erzeugen. Ein Steuersignal aus diesen Momentan- und
Abweichungssignalen wird erzeugt, um die bewegte Spule des
Linearmotors richtig zu positionieren. Der Apparat mißt hier
bei auch den Neigungswinkel, um ein Neigungswinkelsignal, das
der Schräglage des optischen Plattengerätes entspricht, zu
erzeugen, wodurch die Position unabhängig vom Gravitations
feld der Erde kontrolliert werden kann.
Bemerkenswert ist jedoch, daß das bekannte Kontrollgerät die
Beschleunigung des Linearmotors durch Differenzieren der Po
sitionssignale des Motors bestimmt. Außerdem ist der Kon
trollapparat nicht auf die Überwindung des Starrheitsproblems
ausgerichtet, das mit dem zuvor diskutierten Linearmotor ver
bunden ist. Deshalb ist ein solcher Kontrollapparat nicht ge
eignet, die scheinbare Starrheit eines Linearmotors zu erzie
len, die erforderlich ist, um Störungen zu widerstehen, die
durch äußere Kräfte verursacht werden, die in den normalen
Hochgeschwindigkeitswerkzeugmaschinen-Anwendungen auftreten.
Aus der US 49 21 365 ist ein Hochgeschwindigkeitspendelkopf
drucker bekannt, bei dem ein Positionsdetektor benutzt wird,
um die Position eines Linearmotors zu bestimmen, der den Pen
delkopf in einem Punktmatrixdrucker antreibt. Der Positions
detektor kann auch ein Beschleunigungsmesser sein, der die
Beschleunigung des Kopfes bestimmt. In diesem Fall wird die
Position durch Integration des Beschleunigungssignals be
stimmt. Wie bei der Differentiation wird bei der Integration
der dem Beschleunigungssignal inhärente Fehler kaum weggemit
telt, so daß ein solcher Fehler eine ungenaue Positionsbe
stimmung zur Folge hat, die oft als Drift bezeichnet wird.
Auch hier sei erwähnt, daß das Starrheitsproblem nicht Gegen
stand dieser Patentschrift ist.
Aus der US 49 67 292 ist eine Magnetplattenspeichereinheit
mit Mehrfachpositionierung bekannt, die über die Möglichkeit
verfügt, Vibrationsinterferenzen zwischen den einzelnen Posi
tionierern zu reduzieren. Das Gerät benutzt einen Vibrations
messer, wie etwa einen Beschleunigungsmesser, um die Erschüt
terungen zu messen, die durch den Magnetplattenbetrieb verur
sacht werden. Das Gerät erzeugt zusätzliche Vibrationen, die
die durch den Magnetplattenbetrieb erzeugten Erschütterungen
dämpfen sollen. Jedoch ist das Gerät nicht im Hinblick auf
eine Kraftunterdrückung konstruiert und ist auch nicht spezi
ell auf das Starrheitsproblem ausgerichtet, das mit dem zuvor
diskutierten Linearmotor verbunden ist.
Aus der US 49 22 159 ist ein Präzisions-Linearstellglied zur
Unterdrückung hochfrequenter Schwingungen eines mit dem Li
nearstellglied verbundenen Bauteils bekannt. Eine Regleran
ordnung erhält Signale von einem dem beweglichen und einem
dem ortsfesten Teil des Stellglieds zugeordneten Beschleuni
gungssensor und steuert das Linearstellglied abhängig von
diesen Sensorsignalen. Das bekannte Stellglied ist sowohl im
Hinblick auf die Mechanik als auch im Hinblick auf die Steue
rungselektronik lediglich zur Unterdrückung hochfrequenter
Schwingungen, allerdings nicht als Antriebseinheit ausge
legt. Es ist jedoch bei Hochgeschwindigkeitswerkzeugmaschinen
aus den vorstehend erwähnten Gründen wünschenswert, eine
Schwingungsunterdrückung mit einem Linearmotorantrieb zu ver
binden.
Aus der DD 2 39 057 A1 ist eine Regleranordnung zur Positio
nierung schwach gedämpfter mechanischer Regelstrecken von
Mehrmassensystemen bekannt. Ziel bei dieser Regleranordnung
ist eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit und der Positio
nierzeit. Jedoch werden keine Maßnahmen zur Verbesserung der
Starrheit eines Linearmotors vorgeschlagen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine ver
besserte Kontrollvorrichtung und ein Steuerverfahren für
einen Linearmotor zu schaffen, durch die bzw. durch das die
scheinbare Motorstarrheit erhöht wird, indem der Linearmotor
durch die Verwendung eines mehrfachen Rückkopplungssystems
widerstandsfähiger gegen Störungen wird, die durch äußere
Kräfte verursacht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Linearmotor-Kontrollvor
richtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Steue
rung eines Linearmotors gemäß Patentanspruch 8 geschaffen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den
Unteransprüchen 2 bis 7 und 9.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei
spielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des verbesserten Kon
trollsystems für einen Linearmotor,
Fig. 2 ein Logikdiagramm des verbesserten Kontrollsystems für
einen Linearmotor und
Fig. 3 ein Blockdiagramm des verbesserten Steuerverfahrens
für einen Linearmotor.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Kontrollsystem 10
für einen Linearmotor zu sehen. Das
System 10 besteht aus einer Schlittenmasse 12 und einer,
Basismasse 14, auf der die Schienen 16 befestigt sind.
In einer gewöhnlichen Werkzeugmaschinen-Anwendung dient
die Schlittenmasse 12 als Plattform, auf der ein
Werkstück 18 für die Bearbeitung durch ein Schneid
werkzeug 20 befestigt ist. Hierfür ist die Schlitten
masse 12 unidirektional in einer Ebene, die praktisch
horizontal zum Boden verläuft, beweglich und wird durch
einen bürstenlosen synchronen Linearmotor (Permanent
magnet), linearen Induktionsmotor oder ähnlichen Motor
22 angetrieben. Die Schlittenmasse 12, die Basismasse
14, die Schienen 16 und der Linearmotor 22 sind von
gewöhnlicher bekannter Bauart.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, ist das Schneidwerkzeug
typischerweise ein Fräskopf. Das Schneidwerkzeug 20 kann
jedoch auch jedes beliebige andere Werkzeug sein, wie
zum Beispiel ein Bohrer. Typischerweise ist, das
Schneidwerkzeug 20 auf der Basis 14 befestigt. Wie
später im Detail diskutiert werden wird, resultieren die
externen Kräfte, die kauf die Schlittenmasse wirken,
hauptsächlich aus dem Kontakt zwischen dem Werkstück 18
und dem Schneidwerkzeug 20. Als eine Folge daraus kor
rigiert diese Erfindung die Kräfte die auf die Schlit
tenmasse 12 relativ zur Basismasse 14 wirken, um dem
Linearmotor die nötige Starrheit zu geben, solchen Kräf
ten zu widerstehen.
Weiterhin, unter Bezugnahme auf Fig. 1, ist ein breit
bandiger Beschleunigungsmesser 24 auf die Schlittenmasse
12 montiert. Der Beschleunigungsmesser 24 liefert eine
erste Meßmöglichkeit, um die Beschleunigung der Schlit
tenmasse 12 relativ zum Boden zu messen, um daraus das
hierzu proportionale erste Beschleunigungssignal zu er
zeugen. Die Beschleunigung der Schlittenmasse 12 relativ
zum Boden wird auch als die absolute Beschleunigung der
Schlittenmasse 12 bezeichnet. Zusätzliche mechanische
Vibrationen der Schlittenmasse 12 in der Bewegungsrich
tung können zu Anomalien in der Bestimmung der absoluten
Beschleunigung der Schlittenmasse 12 durch den Beschleu
nigungsmesser 24 führen. Dementsprechend ist der Ort, an
dem der Beschleunigungsmesser 24 auf der Schlittenmasse
12 befestigt wird, durch experimentelle Beobachtungen
der Art gewählt worden, daß der Einfluß dieser zusätz
lichen Vibrationen minimiert wird.
Ein zweiter breitbandiger Beschleunigungsmesser 26 ist
auf die Basismasse 14 montiert. Der Beschleunigungs
messer 26 liefert eine zweite Meßmöglichkeit, um die
Beschleunigung der Basismasse 14 bezüglich des Bodens zu
bestimmen und ein zweites, hierzu proportionales Be
schleunigungssignal zu erzeugen. Genau wie bei dem Be
schleunigungsmesser 24 ist der Befestigungsort des
Beschleunigungsmessers 26 auf der Basismasse 14 experi
mentell so festgelegt, daß der Einfluß von Vibrationen
der Basismasse 14 in Richtung der Bewegung der Schlit
tenmasse 12 auf die Messung minimiert sind. Durch einen
solchen Befestigungsort werden die Anomalien in der Be
stimmung der absoluten Beschleunigung der Basismasse 14
durch den Beschleunigungsmesser 26 reduziert.
Weiterhin ist in Fig. 1 ein Positionsmesser 28 gezeigt.
Der Positionsmesser 28 besitzt ein festes Teil, das auf
der Basismasse 14 montiert ist, und ein bewegtes Teil,
das auf der Schlittenmasse 12 angebracht ist. Der Posi
tionsmesser 28 liefert eine Positionsmeßmöglichkeit, um
die Position der Schlittenmasse 12 relativ zu Basismasse
14, also die relative Position der Schlittenmasse 12, zu
bestimmen. Der Positionsmesser 28 erzeugt außerdem ein
Positionssignal, daß der relativen Position der Schlit
tenmasse 12 entspricht.
Während der Werkzeugmaschinenbearbeitung können ver
schiedene Kräfte an der Schlittenmasse 12 oder der
Basismasse 14 angreifen. Die im allgemeinen wichtigste
Kraft ist hierbei die, die mit dem Kontakt zwischen dem
Schneidwerkzeug 20 und dem Werkstück 18 verbunden ist.
Wie zuvor beschrieben messen die Beschleunigungsmesser
24, 26 die absolute Beschleunigung der Schlittenmasse 12
und der Basismasse 14 und erzeugen das da zugehörige er
ste und zweite Beschleunigungssignal. Das erste und
zweite Signal entspricht also der absoluten Beschleuni
gung der Schlittenmasse 12 beziehungsweise der Basis
masse 14, die durch solche externen Kräfte erzeugt wird.
Gleichzeitig mißt der Positionsmesser 28 die relative
Position der Schlittenmasse 12 und erzeugt ein entspre
chendes Positionssignal.
Immer noch Bezug nehmend auf Fig. 1 sind die Beschleu
nigungsmesser 24, 26 und der Positionsmesser 28 mit ei
nem Prozessor 30 elektrisch verbunden. Der Prozessor 30
liefert eine Möglichkeit, das erste und zweite Beschleu
nigungssignal und das Positionssignal, die er von den
Beschleunigungsmessern 24 und 26 und dem Positionsmesser
28 erhält, zu verarbeiten. Mit der Information aus dem
ersten und zweiten Beschleunigungssignal und dem Positi
onssignal erzeugt der Prozessor 30 ein Motorkontrollsi
gnal, um den Linearmotor 22 zu steuern. Das
Motorkontrollsignal dient dazu die Position, die Ge
schwindigkeit und die Beschleunigung der Schlittenmasse
12 der Gestalt zu ändern, daß der Linearmotor die nötige
Starrheit erhält, um den äußeren, auf den Linearmotor
einwirkenden Kräften zu widerstehen, die während der
Werkzeugmaschinenbearbeitung auftreten.
Der Prozessor 30 enthält ferner einen Rückkopplungs
signal-Generator 32 und eine Kontrolleinheit 34. Der
Rückkopplungssignal-Generator liefert Möglichkeiten zur
Erzeugung von Rückkopplungssignalen, steht in elektri
scher Verbindung mit den Beschleunigungsmessern 24, 26
und dem Positionsmesser 28, um das erste und zweite Be
schleunigungssignal sowie das Positionssignal zu em
pfangen und um hieraus eine Vielzahl von Rückkopplungs
signalen zu erzeugen, die der Position, Geschwindigkeit
und der Beschleunigung der Schlittenmasse 12 relativ zur
Basismasse 14, oder der relativen Position,
Geschwindigkeit und Beschleunigung der Schlittenmasse 12
entsprechen.
Der Rückkopplungssignal-Generator 32 ist auch mit einer
Steuereinheit 34 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit
34 liefert eine Steuermöglichkeit, um die Rückkopplungs
signale des Rückkopplungssignal-Generators 32 zu empfan
gen und die Abweichungen von den relativen Positions-,
Geschwindigkeits- und Beschleunigungsparametern der
Schlittenmasse 12 von bestimmten Werten zu bestimmen.
Solche Abweichungen können von externen Kräften, wie dem
zuvor beschriebenen, stammen, die auf die Schlittenmasse
12 oder die Basismasse 14 wirken.
Die Steuereinheit 34 ist auch mit dem Linearmotor 22
elektrisch verbunden. Mit den Rückkopplungssignalen
stellt die Steuereinheit 34 ein Mittel zur Verfügung, um
das entsprechende Motorkontrollsignal zu erzeugen. Das
Motorkontrollsignal bewirkt eine Regelung des Stroms,
den der Motor 22 erhält, und dadurch eine Änderung der
relativen Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung
der Schlittenmasse 12, um die Abweichungen, der relati
ven Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der
Schlittenmasse 12 zu korrigieren, die durch irgendwelche
externen Kräfte erzeugt wurden. Das Kontrollsignal, das
die Steuereinheit 34 erzeugt, stattet damit den
Linearmotor mit der nötigen Starrheit aus, um externen
Kräften zu widerstehen, denen der Linearmotor ausgesetzt
ist.
Nehmen wir nun Bezug auf Fig. 2. Dort ist ein Logikdia
gramm des Kontrollsystems 10 gezeigt.
Das Kontrollsystem 10 des Linearmotors, wie es in Fig.
2 zu sehen ist, ist charakterisiert durch eine Beschleu
nigungs-Rückkopplungsschleife 36 für die Kraftunter
drückung sowie einer Positions-Rückkopplungsschleife 38
und Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife 40 für die
Positionsgenauigkeit und die Geschwindigkeitskontrolle.
Der Schlüsselpunkt dieser Erfindung zur Erzeugung einer
verbesserten Linearmotor-Starrheit, ausreichend, um Stö
rungen zum kontrollieren, die durch externe Kräfte in
Werkzeugmaschinen-Anwendungen erzeugt werden, ist die
hohe Verstärkung in den Kontrollschleifen.
Hierzu wird in der Beschleunigungs-Rückkopplungsschleife
36 eine zweifach-integrierende Kompensation benutzt. Zu
sätzlich sollen die Beschleunigungsmesser 24 und 26 und
der Verstärker 42 in der Beschleunigungs-Rückkopplungs
schleife 36 breitbandig sein, um die Verstärkung zu
maximieren. Außerdem sollte der Verstärker 42 vor
zugsweise nach dem Prinzip eines Pulsweitenmodulators
arbeiten. Eine hohe Verstärkung in der Beschleunigungs-Rück
kopplungsschleife 36 wird auch durch ein richtiges,
experimentell bestimmtes Anbringen der Beschleuni
gungsmesser 24, 26 auf der Schlittenmasse 12 und der
Basismasse 14 erleichtert. Wie schon erwähnt, sollen die
Beschleunigungsmesser 24, 26 so angebracht werden, daß
die Messung von zusätzlichen Vibrationen in der
Schlittenmasse 12 und in der Basismasse 14 in Richtung
der Bewegung der Schlittenmasse 12, die zu Anomalien in
der Bestimmung der absoluten Beschleunigung der
Schlittenmasse 12 und der Basismasse 14 führen,
unterdrückt wird. Solche Anomalien bewirken auch eine
ungenaue Berechnung der relativen Beschleunigung der
Schlittenmasse 12.
Im Betrieb wird ein Positionierungsbefehl 44 in das
Linearmotor-Kontrollsystem 10 dieser Erfindung ein
gegeben. Mit dem Positionierungsbefehl 44 ist ein
Positionskompensator 46, ein Geschwindigkeitskompensator
48 und ein Beschleunigungskompensator 50 verbunden.
Während der Bewegung der Schlittenmasse 12 durch den
Linearmotor 22, als Folge des Positionierungsbefehls 44,
messen die Beschleunigungsmesser 24, 26 die absoluten
Kräfte, die auf die Schlittenmasse 12 und die Basismasse
14 durch irgendeine Ursache hervorgerufen werden. Um die
Verstärkung zu maximieren, und damit die Linearmotor
starrheit zu verbessern, sollten die Beschleunigungs
messer 24, 26 eine große Bandbreite besitzen.
Als Antwort auf die absoluten Kräfte, die auf die
Schlittenmasse 12 und die Basismasse 14 ausgeübt werden,
erzeugen die Beschleunigungsmesser 24, 26 das erste und
das zweite Beschleunigungssignal. Es sei nochmals darauf
hingewiesen, daß der Verstärker 42 eine große Bandbreite
haben soll, um die Verstärkung zu maximieren und die
Linearmotorstarrheit zu verbessern. Vorzugsweise soll
der Verstärker 42 mit dem Pulsweiten-Modulationsprinzip
arbeiten.
Das erste und das zweite Beschleunigungssignal, die von
einem Addierer 56 empfangen werden, sind proportional
zur absoluten Schlittenmassen-Beschleunigung 52 bezie
hungsweise der absoluten Basismassen-Beschleunigung 54.
Der Addierer 56 ist Bestandteil eines Rückkopplungs
signal-Generators 32 und liefert eine Subtraktions
möglichkeit, um die absolute Beschleunigung 54 der
Basismasse 14 von der absoluten Beschleunigung 52 der
Schlittenmasse 12 zu subtrahieren, um ein differen
tielles Beschleunigungsmesser-Rückkopplungssignal 58 zu
liefern. Das differentielle Beschleunigungsmesser-Rück
kopplungssignal 58 entspricht der Beschleunigung der
Schlittenmasse 12 relativ zur Basismasse 14, also der
relativen Beschleunigung der Schlittenmasse 12. Auf
diese Weise nimmt das Linearmotor-Kontrollsystem 10 eine
Korrektur auf jegliche Beschleunigung der Basismasse 14
vor. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß eine
zweifach-integrierende Beschleunigungs-Rückkopplungs
schleife 36 verwendet werden soll, um die Verstärkung zu
maximieren und die Linearmotorstarrheit zu verbessern.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 2 erhält der Rück
kopplungssignal-Generator 32 eine relative Schlitten
massen-Position 60, die der Position der Schlittenmasse
12 relativ zur Basismasse 14 entspricht, vom
Positionsmesser 28. Auf diese Weise wird
auf jegliche Positionsänderung der Basismasse 14
korrigiert. Hierfür enthält der Rückkopplungsgenerator
32 einen Differentiator 62. Der Differentiator 62 gibt
eine Differentiationsmöglichkeit, um die relative
Schlittenmassen-Position 60 zu differenzieren, um so die
relative Schlittenmassen-Geschwindigkeit 66 zu bestim
men. Auf diese Weise wird auf jegliche
Geschwindigkeitsänderung der Basismasse 14 korrigiert.
Der Rückkopplungssignal-Generator 32 enthält auch einen
Konverter 64. Der Konverter 64 liefert eine Konvertie
rungsmöglichkeit, um die relative Schlittenmassen-Posi
tion 60 und -Geschwindigkeit 66 von einem analogen in
ein digitales Signal zu verwandeln. Der Konverter 64,
dient auch dazu, ein relatives Positions-Rückkopplungs
signal 68 und ein relatives Geschwindigkeits-Rückkopp
lungssignal 70 zu erzeugen.
Das differentielle Beschleunigungsmesser-Rückkopplungs
signal 58, das relative Positions-Rückkopplungssignal 68
und das relative Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal 70
werden von der Steuereinheit 34 des Prozessors 30 emp
fangen. Die Steuereinheit 34 leitet dann die Rückkopp
lungssignale 58, 68 und 70 zu einem entsprechenden
Beschleunigungs-Kompensator 50, Positionskompensator 46
und Geschwindigkeitskompensator 48 des Positionierungs
befehls 44, um die Abweichungen der relativen Posi
tion, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Schlitten
masse 12 von der vorgewählten Position, Geschwindigkeit
und Beschleunigung zu bestimmen, die durch den
Positionierungsbefehl 44 vorgegeben sind.
Basierend auf der Bestimmung der Abweichungen von der
relativen Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung
der Schlittenmasse 12 von vorgewählten Werten erzeugt
die Steuereinheit 34 ein Motorkontrollsignal. Die
Steuereinheit enthält einen breitbandigen Verstärker zur
Verstärkung des Motorkontrollsignals (nicht darge
stellt). Das Motorkontrollsignal wirkt in der Art, daß
der Strom, den der Linearmotor erhält, geregelt wird,
wodurch die relative Position, Geschwindigkeit und
Beschleunigung der Schlittenmasse 12 verändert wird, so
daß auf Abweichungen in der relativen Position,
Geschwindigkeit und Beschleunigung der Schlittenmasse
12, die durch irgendwelche äußeren Kräfte verursacht
werden, korrigiert werden kann. Das Steuersignal, das
von der Steuereinheit erzeugt wird, stattet dadurch den
Linearmotor mit der nötigen Starrheit aus, um äußeren
Kräften, die auf den Linearmotor wirken, zu widerstehen.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Line
armotor-Steuerverfahrens der Erfindung gezeigt. Das Ver
fahren beginnt mit dem Schritt der Messung 72 der
Beschleunigung der Schlittenmasse 12 relativ zum Boden
(absolute Beschleunigung) und der Erzeugung 74 des hier
zu gehörigen ersten Beschleunigungssignals. Das Verfah
ren enthält auch den Schritt der Messung 76 der
Beschleunigung der Basismasse 14 relativ zum Boden (ab
solute Beschleunigung) und der Erzeugung 78 des hierzu
gehörigen zweiten Beschleunigungssignals. Das Verfahren
enthält weiterhin den Schritt der Messung 80 der
Position der Schlittenmasse 12 relativ zur Basismasse 14
(relative Position) und der Erzeugung 82 des ent
sprechenden Positionssignals.
Das Verfahren enthält weiterhin den Schritt der Ver
arbeitung 84 des ersten und des zweiten Beschleunigungs
signals und des Positionssignals, um Abweichungen von
vorbestimmten Werten in der Position, Geschwindigkeit
und Beschleunigung der Schlittenmasse 12 relativ zur
Basismasse 14, die, durch irgendwelche äußeren Kräfte
verursacht werden, zu bestimmen. Das Verfahren enthält
außerdem den Schritt der Erzeugung 86 eines Motorkon
trollsignals zum Empfang durch den Linearmotor 22, um
den Linearmotor 22 mit einem Widerstand gegen solche
Abweichungen, die durch äußere Kräfte, die an der
Schlittenmasse 12 und an der Basismasse 14 angreifen,
auszustatten.
,Unter weiterem Bezug auf Fig. 3 enthält der Schritt der
Verarbeitung 84 noch den weiteren Schritt der Erzeugung
88 der nominalen Positions-, Geschwindigkeits- und
Beschleunigungswerte der Schlittenmasse 12 relativ zur
Basismasse 14, basierend auf vorgegebenen Positions-,
Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerten. Der Ver
arbeitungsschritt 84 enthält außerdem weitere Schritte
der Bestimmung 90 der Position, Geschwindigkeit und Be
schleunigung der Schlittenmasse 12 relativ zur Basis
masse 14 und der Erzeugung 92 einer Vielzahl von
dazugehörigen Rückkopplungssignalen.
Der Schritt der Bestimmung 90 der Position, der Ge
schwindigkeit und der Beschleunigung der Schlittenmasse
12 relativ zur Basismasse 14 selbst enthält weitere
Schritte der Verstärkung 94 des ersten und zweiten
Beschleunigungssignals, um die Steuerverstärkung zu
maximieren, und der Berechnung 96 der Differenz zwischen
dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssignal, um die
Beschleunigung der Schlittenmasse 12 relativ zur Ba
sismasse 14 zu bestimmen. Der Schritt der Bestimmung 90
enthält ebenfalls als weiteren Schritt die Differen
tiation 98 des Positionssignals, um die Geschwindigkeit
der Schlittenmasse 12 relativ zur Basismasse 14 zu
bestimmen.
Unter weiterem Bezug auf Fig. 3 enthält der Schritt der
Erzeugung 92 einer Vielzahl von Rückkopplungssignalen
selbst den weiteren Schritt der Benutzung 100 einer
zweifach-integrierenden Kompensation mit dem relativen
Beschleunigungssignal, um die Steuerverstärkung in der
Beschleunigungs-Rückkopplungsschleife in Fig. 2 zu
maximieren und damit die Starrheit der Linearmotors zu
erhöhen. Der Schritt der Erzeugung 92 einer Vielzahl von
Rückkopplungssignalen enthält auch den Schritt der Kon
vertierung 102 des relativen Positions- und Geschwindig
keitssignals von analoger in digitaler Form.
Wie zuvor erwähnt, besitzen konventionelle mechanische
Werkzeugmaschinen-Antriebe eine inhärente Starrheit oder
Widerstand gegenüber äußeren Kräften aufgrund der
Reibung zwischen den einzelnen Bestandteilen des mechani
schen Antriebs. Demgegenüber werden Linearmotoren durch
die Variation des elektromagnetischen Feldes angetrie
ben, wodurch ihnen jede inhärente Starrheit, um solchen
externen Kräften zu widerstehen, fehlt.
Wie oben erwähnt, können Linearmotoren jedoch durch den
Gebrauch einer Servosteuerung des Motors mit einer
scheinbaren Starrheit ausgestattet werden. Trotzdem war
es in konventionellen Linearmotoranwendungen bisher nur
möglich, eine meßbare Starrheit in der Größenordnung von
2-9 N/µm zu erreichen. Die konventionell erreichbare
Linearmotorstarrheit ist deshalb weit unterhalb der
Starrheit, die für Hochgeschwindigkeits-Werkzeug
maschinen-Anwendungen erforderlich ist.
Demgegenüber ist das verbesserte Linearmotor-Kontroll
System und Steuerverfahren der Erfindung in der Lage,
eine Starrheit von 30 N/µm und mehr zu erzeugen. Durch
die vergrößerte Linearmotorstarrheit, die diese
Erfindung ermöglicht, können also Linearmotoren den
Anforderungen der Qualitätskontrolle in Hochgeschwin
digkeits-Werkzeugmaschinen-Anwendungen genügen.
Das Linearmotor-Kontrollsystem und -Steuerverfahren der
gegenwärtigen Erfindung wurde im Zusammenhang mit
Werkzeugmaschinen-Anwendungen beschrieben. Es, ist jedoch
ersichtlich, daß das Linearmotor-Kontrollsystem und
-Steuerverfahren der Erfindung für jede Art der Anwendung
geeignet ist, bei der eine Linearmotorstarrheit in der
Größenordnung von 30 N/µm und mehr erforderlich sind.
Claims (9)
1. Linearmotor-Kontrollvorrichtung für die Verwendung mit
einer Schlittenmasse (12), die bezüglich einer Basismasse
(14) beweglich angeordnet ist, wobei die Kontrollvorrich
tung den Motorwiderstand gegen äußere Kräfte in Überein
stimmung mit vorgegebenen Betriebsparametern erzeugt, be
stehend aus:
ersten Meßelementen (24), die auf der Schlittenmasse (12) montierbar sind, für die Messung der Beschleunigung der Schlittenmasse (12) relativ zum Boden und die Erzeugung des hierzu gehörigen ersten Beschleunigungssignals,
zweiten Meßelementen (26), die auf der Basismasse (14) montierbar sind, für die Messung der Beschleunigung der Basismasse (14) relativ zum Boden und die Erzeugung des hierzu gehörigen zweiten Beschleunigungssignals und
einer Signalverarbeitungseinheit (30) in elektrischer Verbindung mit den ersten und zweiten Meßelementen (24, 26) für den Empfang und die Verarbeitung des ersten und zweiten Beschleunigungssignals und die Erzeugung ei nes Motorkontrollsignals, das den Linearmotor mit einem Widerstand gegen äußere Kräfte ausstattet,
wobei die Signalverarbeitungseinheit (30) eine Rückkopplungssignaleinheit (32) umfaßt, welche in elek trischer Verbindung mit den ersten und zweiten Meßelemen ten (24, 26) für den Empfang des ersten und zweiten Be schleunigungssignals steht und zur Erzeugung eines Rück kopplungssignals entsprechend der Beschleunigung der Schlittenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) vorgese hen ist, und
eine Steuereinheit (34) umfaßt, welche in elektrischer Verbindung mit der Rückkopplungssignaleinheit (33) und dem Linearmotor für den Empfang des Rückkopplungssignals steht und zur Bestimmung der Abweichung der gemessenen Beschleunigung von vorgewählten Werten, die durch äußere Kräfte verursacht wird, und zur Erzeugung eines entspre chenden Motorkontrollsignals, um einen Widerstand des Li nearmotors gegen die Beschleunigungsabweichung wirksam zu erzeugen, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungssignaleinheit (32) folgendes umfaßt:
eine breitbandige Verstärkungseinheit in elektrischer Verbindung mit den ersten und zweiten Meßelementen (24, 26) zur Verstärkung von den ersten und zweiten Be schleunigungssignalen und zur Maximierung der Steuerver stärkung und
eine Subtraktionseinheit (56) in elektrischer Verbindung mit der Verstärkungseinheit zum Empfang des verstärkten ersten und zweiten Beschleunigungssignals zur Berechnung der Differenz zwischen beiden, um die Beschleunigung der Schlittenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) zu be stimmen und zur Erzeugung des der relativen Beschleu nigung (58) entsprechenden Rückkopplungssignals.
ersten Meßelementen (24), die auf der Schlittenmasse (12) montierbar sind, für die Messung der Beschleunigung der Schlittenmasse (12) relativ zum Boden und die Erzeugung des hierzu gehörigen ersten Beschleunigungssignals,
zweiten Meßelementen (26), die auf der Basismasse (14) montierbar sind, für die Messung der Beschleunigung der Basismasse (14) relativ zum Boden und die Erzeugung des hierzu gehörigen zweiten Beschleunigungssignals und
einer Signalverarbeitungseinheit (30) in elektrischer Verbindung mit den ersten und zweiten Meßelementen (24, 26) für den Empfang und die Verarbeitung des ersten und zweiten Beschleunigungssignals und die Erzeugung ei nes Motorkontrollsignals, das den Linearmotor mit einem Widerstand gegen äußere Kräfte ausstattet,
wobei die Signalverarbeitungseinheit (30) eine Rückkopplungssignaleinheit (32) umfaßt, welche in elek trischer Verbindung mit den ersten und zweiten Meßelemen ten (24, 26) für den Empfang des ersten und zweiten Be schleunigungssignals steht und zur Erzeugung eines Rück kopplungssignals entsprechend der Beschleunigung der Schlittenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) vorgese hen ist, und
eine Steuereinheit (34) umfaßt, welche in elektrischer Verbindung mit der Rückkopplungssignaleinheit (33) und dem Linearmotor für den Empfang des Rückkopplungssignals steht und zur Bestimmung der Abweichung der gemessenen Beschleunigung von vorgewählten Werten, die durch äußere Kräfte verursacht wird, und zur Erzeugung eines entspre chenden Motorkontrollsignals, um einen Widerstand des Li nearmotors gegen die Beschleunigungsabweichung wirksam zu erzeugen, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungssignaleinheit (32) folgendes umfaßt:
eine breitbandige Verstärkungseinheit in elektrischer Verbindung mit den ersten und zweiten Meßelementen (24, 26) zur Verstärkung von den ersten und zweiten Be schleunigungssignalen und zur Maximierung der Steuerver stärkung und
eine Subtraktionseinheit (56) in elektrischer Verbindung mit der Verstärkungseinheit zum Empfang des verstärkten ersten und zweiten Beschleunigungssignals zur Berechnung der Differenz zwischen beiden, um die Beschleunigung der Schlittenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) zu be stimmen und zur Erzeugung des der relativen Beschleu nigung (58) entsprechenden Rückkopplungssignals.
2. Linearmotor-Kontrollvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß weiterhin ein Positionsdetektor (28)
in elektrischer Verbindung mit der Rückkopplungssi
gnaleinheit (32) zur Bestimmung der Position der Schlit
tenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) und zur Erzeu
gung des zugehörigen Positionssignals (60) vorhanden ist,
und das Positionssignal für den Empfang durch die Rück
kopplungssignaleinheit (32) vorgesehen ist.
3. Linearmotor-Kontrollvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste und zweite Meßelement
(24, 26) so angeordnet sind, daß die Messung von zusätzli
chen Vibrationen der Schlittenmasse (12) und Basismasse
(14) in Bewegungsrichtung der Schlittenmasse (12) mini
miert ist.
4. Linearmotor-Kontrollvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Rückkopplungssignaleinheit (32) zur Erzeugung von Rückkopplungssignalen, entsprechend der Position, Ge schwindigkeit und Beschleunigung der Schlittenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) vorgesehen ist und
die Steuereinheit (34) zum Empfang von Rückkopplungssi gnalen, zur Bestimmung der Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsabweichung gegenüber vorgewählten Wer ten, verursacht durch äußere Kräfte, und zur Erzeugung eines entsprechenden Motorkontrollsignals, um den Wider stand des Linearmotors gegen Positions-, Geschwindig keits- und Beschleunigungsabweichungen wirksam zu verbes sern, vorgesehen ist.
die Rückkopplungssignaleinheit (32) zur Erzeugung von Rückkopplungssignalen, entsprechend der Position, Ge schwindigkeit und Beschleunigung der Schlittenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) vorgesehen ist und
die Steuereinheit (34) zum Empfang von Rückkopplungssi gnalen, zur Bestimmung der Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsabweichung gegenüber vorgewählten Wer ten, verursacht durch äußere Kräfte, und zur Erzeugung eines entsprechenden Motorkontrollsignals, um den Wider stand des Linearmotors gegen Positions-, Geschwindig keits- und Beschleunigungsabweichungen wirksam zu verbes sern, vorgesehen ist.
5. Linearmotor-Kontrollvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Meßelement (24) ein breit
bandiger Beschleunigungsmesser zur Maximierung der Steu
erverstärkung ist.
6. Linearmotor-Kontrollvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Meßelement (26) ein breit
bandiger Beschleunigungsmesser zur Maximierung der Steu
erverstärkung ist.
7. Linearmotor-Kontrollvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückkopplungssignaleinheit (32)
ferner umfaßt:
eine Differentiationseinheit (62) in elektrischer Verbin dung mit dem Positionsdetektor (28) zum Empfang und zur Differenzierung des Positionssignals, um die Geschwin digkeit der Schlittenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) zu bestimmen und zur Erzeugung des entsprechenden Geschwindigkeitssignals (66) und
eine Konvertierungseinheit (64) in elektrischer Verbin dung mit der Differentiationseinheit (62) zum Empfang von Positions- und Geschwindigkeitssignal und zur Umwandlung der Signale von analoger in digitale Form.
eine Differentiationseinheit (62) in elektrischer Verbin dung mit dem Positionsdetektor (28) zum Empfang und zur Differenzierung des Positionssignals, um die Geschwin digkeit der Schlittenmasse (12) relativ zur Basismasse (14) zu bestimmen und zur Erzeugung des entsprechenden Geschwindigkeitssignals (66) und
eine Konvertierungseinheit (64) in elektrischer Verbin dung mit der Differentiationseinheit (62) zum Empfang von Positions- und Geschwindigkeitssignal und zur Umwandlung der Signale von analoger in digitale Form.
8. Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors für die Ver
wendung mit einer Schlittenmasse und einer Basismasse,
wobei ein Motorwiderstand gegen äußere Kräfte in Überein
stimmung mit vorgegebenen Betriebsparametern erzeugt
wird, mit folgenden Schritten:
Messung der Beschleunigung von der Schlittenmasse relativ zum Boden,
Erzeugung des ersten Beschleunigungssignals, das der Mes sung der Beschleunigung der Schlittenmasse entspricht,
Messung der Beschleunigung von der Basismasse relativ zum Boden,
Erzeugung des zweiten Beschleunigungssignals, das der Messung der Beschleunigung der Basismasse entspricht,
Messung der Position von der Schlittenmasse relativ zur Basismasse,
Erzeugung des Positionssignals, das der Messung der Posi tion der Schlittenmasse entspricht,
Verstärkung des ersten und zweiten Beschleunigungssignals zur Maximierung der Steuerverstärkung,
Berechnung der Differenz zwischen dem verstärkten ersten und zweiten Beschleunigungssignal, um die Beschleunigung der Schlittenmasse relativ zur Basismasse zu bestimmen,
Differentiation des Positionssignals zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Schlittenmasse relativ zur Basis masse,
Erzeugung von Rückkopplungssignalen, die der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Schlittenmasse re lativ zur Basismasse entsprechen,
Bestimmung der Abweichung der Rückkopplungssignale von vorgewählten Werten in der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Schlittenmasse relativ zur Basismasse, die durch externe Kräfte verursacht wird, und
Erzeugung eines Motorkontrollsignals, das geeignet ist, den Motorwiderstand gegen die Abweichung zu erzielen.
Messung der Beschleunigung von der Schlittenmasse relativ zum Boden,
Erzeugung des ersten Beschleunigungssignals, das der Mes sung der Beschleunigung der Schlittenmasse entspricht,
Messung der Beschleunigung von der Basismasse relativ zum Boden,
Erzeugung des zweiten Beschleunigungssignals, das der Messung der Beschleunigung der Basismasse entspricht,
Messung der Position von der Schlittenmasse relativ zur Basismasse,
Erzeugung des Positionssignals, das der Messung der Posi tion der Schlittenmasse entspricht,
Verstärkung des ersten und zweiten Beschleunigungssignals zur Maximierung der Steuerverstärkung,
Berechnung der Differenz zwischen dem verstärkten ersten und zweiten Beschleunigungssignal, um die Beschleunigung der Schlittenmasse relativ zur Basismasse zu bestimmen,
Differentiation des Positionssignals zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Schlittenmasse relativ zur Basis masse,
Erzeugung von Rückkopplungssignalen, die der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Schlittenmasse re lativ zur Basismasse entsprechen,
Bestimmung der Abweichung der Rückkopplungssignale von vorgewählten Werten in der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Schlittenmasse relativ zur Basismasse, die durch externe Kräfte verursacht wird, und
Erzeugung eines Motorkontrollsignals, das geeignet ist, den Motorwiderstand gegen die Abweichung zu erzielen.
9. Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors nach Anspruch
8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung
von Rückkopplungssignalen die folgenden Schritte umfaßt:
Verwendung einer zweifach-integrierenden Kompensation mit dem relativen Beschleunigungssignal zur Maximierung der Steuerverstärkung und
Umwandlung des relativen Positions- und Geschwindigkeits signals von analoger in digitale Form.
Verwendung einer zweifach-integrierenden Kompensation mit dem relativen Beschleunigungssignal zur Maximierung der Steuerverstärkung und
Umwandlung des relativen Positions- und Geschwindigkeits signals von analoger in digitale Form.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/965,146 US5250880A (en) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | Linear motor control system and method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4335371A1 DE4335371A1 (de) | 1994-05-05 |
DE4335371C2 true DE4335371C2 (de) | 1997-07-17 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4335371A Expired - Fee Related DE4335371C2 (de) | 1992-10-22 | 1993-10-16 | Kontrollvorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Linearmotors |
Country Status (4)
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---|---|
US (1) | US5250880A (de) |
CA (1) | CA2108430C (de) |
DE (1) | DE4335371C2 (de) |
GB (1) | GB2271866B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10220937A1 (de) * | 2002-05-10 | 2003-12-11 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Dämpfung einer auftretenden Ratterschwingung bei einer Bearbeitungsmaschine |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4307482A1 (de) * | 1993-03-10 | 1994-09-22 | Max Rhodius Gmbh | Werkzeugmaschine |
US5416397A (en) * | 1993-10-04 | 1995-05-16 | Ford Motor Company | Linear motor control system and method of use |
DE4441620A1 (de) * | 1994-11-23 | 1996-05-30 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Steuerung eines Servoantriebs |
DE19614883C2 (de) * | 1996-04-16 | 2003-08-21 | Leitz Brown & Sharpe Mestechni | Verfahren zur Antastung und zum Scannen bei Koordinatenmeßgeräten |
DE19622699A1 (de) * | 1996-06-05 | 1997-12-11 | Krauss Maffei Ag | Regeleinrichtung und -verfahren für Motoren |
DE19742801A1 (de) * | 1997-09-27 | 1999-04-08 | Stegmann Max Antriebstech | Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Prozeßinformationen für geregelte Antriebe |
DE19859020A1 (de) * | 1998-12-21 | 2000-07-06 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zum Widerstandsschweißen |
FR2807794B1 (fr) * | 2000-04-18 | 2003-02-14 | Crouzet Automatismes | Servovalve hydraulique a double boucle imbriquee |
GB0123130D0 (en) * | 2001-09-26 | 2001-11-14 | Olympia Engineering Ltd | Detection of vibrations in mechanical systems |
JP3919560B2 (ja) * | 2002-02-26 | 2007-05-30 | キヤノン株式会社 | 振動制御装置及び振動制御方法及び露光装置及びデバイスの製造方法 |
AU2003233599A1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-12-02 | Anthony Salerno Jr. | Linear electric servo motor actuated screw thread tapper |
US20040204777A1 (en) * | 2003-04-14 | 2004-10-14 | Alon Harpaz | Precision motion control using feed forward of acceleration |
US7141946B2 (en) * | 2003-09-15 | 2006-11-28 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Method and apparatus for providing optimal acceleration feedback |
US7170203B2 (en) * | 2004-05-06 | 2007-01-30 | The Hong Kong Polytechnic University | Two-dimensional variable reluctance planar motor |
JP2006159345A (ja) * | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Fanuc Ltd | 制御装置 |
JP4299793B2 (ja) * | 2005-01-20 | 2009-07-22 | ファナック株式会社 | 制御装置 |
AT503865B1 (de) * | 2005-05-25 | 2008-06-15 | Wittmann Kunststoffgeraete Gmb | Verfahren zur positons- und/oder geschwindigkeitsregelung eines linearen antriebes |
US7337700B2 (en) * | 2006-01-12 | 2008-03-04 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Precision tool holder with flexure-adjustable, three degrees of freedom for a four-axis lathe |
US8297211B2 (en) * | 2009-05-20 | 2012-10-30 | Gammill, Inc. | Method and apparatus for inertial stitch regulation |
JP6275245B2 (ja) * | 2014-03-14 | 2018-02-07 | 株式会社牧野フライス製作所 | 送り軸の制御方法および数値制御工作機械 |
CN111003207B (zh) * | 2019-12-06 | 2022-12-02 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种飞机舵机动刚度试验台稳定裕度测试***及方法 |
CN113484540B (zh) * | 2021-06-25 | 2024-04-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 直线驱动装置及直线驱动装置***误差的校正方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3967515A (en) * | 1974-05-13 | 1976-07-06 | Purdue Research Foundation | Apparatus for controlling vibrational chatter in a machine-tool utilizing an updated synthesis circuit |
JPS5733244A (en) * | 1980-08-01 | 1982-02-23 | Ricoh Co Ltd | Shock absorber for reciprocating object |
DD239057A1 (de) * | 1985-07-01 | 1986-09-10 | Zeiss Jena Veb Carl | Regleranordnung zur positionierung schwach gedaempfter mechanischer regelstrecken von mehrmassensystemen |
JPS6316476A (ja) * | 1986-07-08 | 1988-01-23 | Fuji Electric Co Ltd | デイスク記憶装置のヘツド位置補正制御方式 |
EP0264535A3 (de) * | 1986-10-24 | 1990-09-05 | Hewlett-Packard Company | Ausgleichverfahren für Stoss- und Vibrationsstörung für einen Plattenantrieb |
JPS63157684A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-30 | Tokyo Electric Co Ltd | リニアモ−タの位置決め制御方法 |
US4884941A (en) * | 1987-03-30 | 1989-12-05 | Regents Of The University Of Minnesota | Active compliant end-effector with force, angular position, and angular velocity sensing |
KR910010185B1 (ko) * | 1987-08-11 | 1991-12-20 | 후지쓰 가부시끼가이샤 | 멀티-포지셔너 자기 디스크 저장 장치에 있는 자기 헤드 포지셔너들의 제어 시스템 |
US4922159A (en) * | 1988-05-09 | 1990-05-01 | Harris Corporation | Linear precision actuator with accelerometer feedback |
US4921365A (en) * | 1988-08-10 | 1990-05-01 | Royden C. Sanders, Jr. | High speed shuttle printer |
-
1992
- 1992-10-22 US US07/965,146 patent/US5250880A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-10-14 CA CA002108430A patent/CA2108430C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-10-16 DE DE4335371A patent/DE4335371C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-10-19 GB GB9321487A patent/GB2271866B/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10220937A1 (de) * | 2002-05-10 | 2003-12-11 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Dämpfung einer auftretenden Ratterschwingung bei einer Bearbeitungsmaschine |
US6886436B2 (en) | 2002-05-10 | 2005-05-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for damping a chatter oscillation in a processing machine |
DE10220937B4 (de) * | 2002-05-10 | 2007-03-22 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Dämpfung einer auftretenden Ratterschwingung bei einer Bearbeitungsmaschine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2271866B (en) | 1996-05-08 |
GB9321487D0 (en) | 1993-12-08 |
CA2108430A1 (en) | 1994-04-23 |
GB2271866A (en) | 1994-04-27 |
US5250880A (en) | 1993-10-05 |
DE4335371A1 (de) | 1994-05-05 |
CA2108430C (en) | 1997-10-14 |
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