DE60033715T2

DE60033715T2 - Servo-Regler

Info

Publication number: DE60033715T2
Application number: DE60033715T
Authority: DE
Inventors: Keiji Hachioji-shi Sakamoto; Yukio Kumamoto Toyosawa; Kenji Kumamoto Takahashi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JP2000270595A; DE60033715D1; JP3229875B2; EP1026562B1; EP1026562A2; US6252367B1; EP1026562A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Servocontroller zum Regeln von Wechselstrom-Servomotoren und Wechselstrom-Spindelmotoren, die als Antriebsquelle für Werkzeugmaschinen, Industriemaschinen, Roboter usw. dienen, die von einer NC-Kontrollvorrichtung (NC = Numerical Control, numerische Steuerung) gesteuert werden.
In Werkzeugmaschinen werden manchmal Synchronmotoren zum Positionieren für Vorschubachsen und Asynchronmotoren für Spindeln kombiniert eingesetzt. Ist bei einer vertikalen Drehbank eine bestimmte Tischvorschubachse in einem Bearbeitungsmodus anzusteuern, wobei das Schwergewicht auf der Leistung liegt, und in einem Positioniermodus, bei dem das Schwergewicht auf der Wirksamkeit liegt, so werden manchmal ein Synchronmotor und ein Asynchronmotor wechselweise für jeden Modus verwendet.
Generell wird beim Ansteuern des Synchronmotors die Position des Magnetpols mit Hilfe eines optischen Absolutpositionssensors ermittelt. Beim Ansteuern des Asynchronmotors ist der für den Synchronmotor erforderliche Absolutpositionssensor nicht nötig, und ein inkrementeller Positionssensor zum Erfassen einer relativen Lage reicht zum Ausführen der Regelung.
Wie beschrieben ist es für die Servoregelung von Motoren, die mit unterschiedlichen Regelverfahren angesteuert werden müssen, beispielsweise von Synchronmotoren und von Asynchronmotoren, erforderlich, einen Servocontroller einzusetzen, der jedem Motor zugewiesen ist, und einen Sensor, der jedem Motor zugeordnet ist.
Stellt man Servocontroller für Wartung und Ersatz für eine Maschine bereit, die Synchronmotoren und Asynchronmotoren aufweist, so muss man jeweils Servocontroller für die Synchronmotoren und die Asynchronmotoren bereithalten. Dies führt zu Problemen bei der Organisation der Wartung und den Kosten.
Werden Synchronmotoren und Asynchronmotoren wechselweise verwendet, so muss man einen Servocontroller für jeden Motor bereitstellen. Dies erhöht die Anzahl der Achsen, die eine NC-Vorrichtung steuern muss, und verursacht Probleme hinsichtlich der zunehmenden Einbaufläche und der Kosten.
11 zeigt ein Blockdiagramm einer Anordnung, in der mehrere mit unterschiedlichen Regelverfahren anzusteuernde Motoren von separaten Servocontrollern geregelt werden. In 11 wird ein erster Motor Ma (Synchronmotor) von einem Servocontroller 1a für den ersten Motor geregelt, und ein zweiter Motor Mb (Asynchronmotor) wird von einem Servocontroller 1b für den zweiten Motor geregelt. Der Servocontroller 1a für den ersten Motor und der Servocontroller 1b für den zweiten Motor führen jeweils eine Lageregelung und/oder Geschwindigkeitsregelung aus und verwenden dazu Signale, die vom ersten Motor Ma bzw. vom zweiten Motor Mb zurückgeführt werden. Für diese Servoregelung benötigt der Asynchronmotor keine absolute Positionsinformation in den Rückführsignalen, so dass als eingebauter Sensor ein Sensor für die relative Position ausreicht. Im Gegensatz dazu erfordert der Synchronmotor eine absolute Positionsinformation in den Rückführsignalen, so dass man einen Absolutpositionssensor benötigt.
Da der Absolutpositionssensor durch optische Mechanismen gebildet wird, wobei eine Glasplatte oder ein ähnliches Teil verwendet wird, besteht die Schwierigkeit, dass er leicht durch die Betriebsumgebung beeinträchtigt wird, beispielsweise Schwingungen und Staub. Da im Gegensatz dazu der Relativpositionssensor, der inkrementelle Signale erzeugt, ein Zahnradsensor oder ein ähnliches Teil sein kann, hat er den Vorteil einer hohen Zuverlässigkeit auch bei Schwingungen bei sehr hohen Drehzahlen. Gelegentlich wird in der Mitte des Motors ein Durchgangsloch für Kühlzwecke usw. ausgebildet. In diesem Fall kann man leicht ein Durchgangsloch in der Mitte des Zahnradsensors ausbilden.
Der Servocontroller 1a für den ersten Motor und der Servocontroller 1b für den zweiten Motor erhalten aus einer CNC 2 einen Positionsbefehl und/oder einen Geschwindigkeitsbefehl. Zudem arbeitet ein PC 3 (PC = Programmable Controller) mit einem Kontrollsignal aus der CNC 2 und steuert damit elektrische Schaltungen 4 für periphere Einrichtungen.
Ist eine Servoregelung von Motoren erforderlich, die unterschiedliche Regelverfahren aufweisen, beispielsweise Synchronmotoren und Asynchronmotoren, so benötigt bei herkömmlichen Servocontrollern jeder Motor einen zugeordneten Servocontroller. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Wartung, erhöht die Größe, die Einbaufläche der Vorrichtungen, die Kosten, die Belastung der CNC usw.
In EP-A-0446733 ist ein Servocontrollersystem gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 offenbart. Darin unterscheiden sich jedoch die Typen der geregelten Motoren nicht.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Servocontroller bereitzustellen, der unterschiedliche Motorenarten regeln kann, die unterschiedliche Regelverfahren erfor dern, beispielsweise Synchronmotoren und Asynchronmotoren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Servocontroller bereitzustellen, der die Servoregelung unterschiedlicher Motorarten mit Hilfe von inkrementellen Rückführsignalen vornehmen kann.
Gemäß der Erfindung wird ein Servocontroller bereitgestellt, umfassend:
einen gemeinsamen Steuerungsabschnitt, der einen ersten Motor und einen zweiten Motor gemeinsam steuert, wobei der gemeinsame Steuerungsabschnitt umfasst: einen Positionscontroller, einen Geschwindigkeitscontroller, der so verbunden ist, dass ihm der Positionscontroller einen Geschwindigkeitsbefehl eingibt, und einen Stromcontroller, der so verbunden ist, dass ihm der Geschwindigkeitscontroller einen Drehmomentbefehl eingibt;
einen ersten zugeordneten Steuerungsabschnitt, der die Steuerung für den ersten Motor ausführt, und einen zweiten zugeordneten Steuerungsabschnitt, der die Steuerung für den zweiten Motor ausführt;
einen Positions/Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitt, der die Position bzw. Geschwindigkeit eines anzusteuernden Motors abhängig von Signalen von einem Sensor erfasst, der dem Motor zugeordnet ist; und
einen Auswahlabschnitt, der entweder den ersten zugeordneten Steuerungsabschnitt oder den zweiten zugeordneten Steuerungsabschnitt auswählt sowie Ansteuerparameter für den anzusteuernden Motor, und zwar abhängig von Attributdaten, die für jeden Motor voreingestellt sind,
damit der anzusteuernde Motor durch eine Kombination aus dem gemeinsamen Steuerungsabschnitt, dem gewählten zugeordneten Steuerungsabschnitt und dem Positions/Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitt gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Motor ein Synchronmotor ist und der zweite Motor ein Asynchronmotor ist, dass der erste zugeordnete Steuerungsabschnitt einen d-Achsen-Stromerzeugungsabschnitt für das Einstellen des d-Achsen-Strombefehls für den Synchronmotor enthält, und dass der zweite zugeordnete Steuerungsabschnitt einen d-Achsen-Strombefehlsgenerator enthält, der den magnetischen Fluss und den Magnetisierungsstrom berechnet, und eine Schlupfberechnungseinheit, die einen Schlupfbefehl für den Asynchronmotor erzeugt.
Der Servocontroller der Erfindung enthält einen Regelabschnitt, der allen einzelnen Motoren gemeinsam ist, und Regelabschnitte, die den einzelnen Motoren zugewiesen sind. Der gemeinsame Regelabschnitt wird stets verwendet, wogegen der zugewiesene Regelabschnitt gezielt gemäß dem anzusteuernden Motor eingesetzt wird. Dadurch wird die Regelung von Motoren, die unterschiedliche Regelverfahren benötigen, mit einem einzigen Servocontrollertyp möglich.
Der Einsatz von Servocontrollern eines Typs kann die Wartungsorganisation vereinfachen und die Last von CNCs verringern. Das Bereitstellen des Regelabschnitts, der den einzelnen Motoren gemeinsam ist, kann der Vergrößerung der Vorrichtung und dem Zuwachs an Einbaufläche und Kosten entgegenwirken.
Der Servocontroller der Erfindung umfasst einen gemeinsamen Steuerungsabschnitt, der die Regelvorgänge ausführt, die für verschiedene Motortypen gleich sind, die unterschiedliche Regelverfahren benötigen, zugewiesene Steuerungsabschnitte, die jeweils die Regelung ausführen, die jedem Motortyp zugeordnet ist, und einen Auswahlabschnitt zur Wahl eines geeigneten Steuerungsabschnitts und geeigneter Ansteuerparameter entsprechend dem anzusteuernden Motor.
Der gemeinsame Steuerungsabschnitt dient dem Ausführen der Regelvorgänge, die für die zahlreichen Motortypen gleich sind, die unterschiedliche Regelverfahren benötigen, und die stets benötigt werden. Für die zahlreichen Motortypen ist nur ein gemeinsamer Steuerungsabschnitt vorhanden. Jeder der zugeordneten Steuerungsabschnitte dient dem Ausführen der Regelvorgänge, die jedem Motortyp zugewiesen sind, und wird gezielt je nach Bedarf eingesetzt. Die zugeordneten Steuerungsabschnitte sind jeweils so bereitgestellt, dass sie jedem Motortyp entsprechen.
Der Auswahlabschnitt verbindet gezielt eine Energieleitung mit dem anzusteuernden Motor und wählt den zugeordneten Steuerungsabschnitt, der dem ausgesuchten Motor zugeordnet ist, damit der gewählte zugeordnete Steuerungsabschnitt mit dem gemeinsamen Steuerungsabschnitt verbunden wird. Dadurch bilden der gemeinsame Steuerungsabschnitt und der zugewiesene Steuerungsabschnitt zusammen einen Servocontroller, der für die Regelung des gewählten Motors geeignet ist.
Zum Ansteuern eines anderen Motortyps schaltet der Auswahlabschnitt die Energieleitung um, wählt den zugewiesenen Steuerungsabschnitt und verbindet den gewählten zugewiesenen Steuerungsabschnitt mit dem gemeinsamen Steuerungsabschnitt. Dadurch wird ein anderer Servocontroller gebildet, der sich für das Regeln des neu gewählten Motors eignet.
Hiermit kann man zahlreiche Motortypen, die unterschiedliche Regelverfahren erfordern, mit einem Servocontroller regeln.
Im Servocontroller der Erfindung führt der gemeinsame Steuerungsabschnitt die Positionsregelung und/oder die Geschwindigkeitsregelung aus, und der Auswahlabschnitt kann gezielt die Positionsregelung und die Geschwindigkeitsregelung im gemeinsamen Steuerungsabschnitt umschalten.
Man kann einen Sensor, der inkrementelle Signale ausgibt, mit jedem Asynchronmotor und Synchronmotor verbinden, und der gemeinsame Steuerungsabschnitt und der zugewiesene Steuerungsabschnitt können den Regelvorgang mit Hilfe der inkrementellen Rückführsignale aus jedem Sensor vornehmen.
Zum Erfüllen dieser Funktion kann der zugeordnete Steuerungsabschnitt mit einer Magnetpol-Positionsbestimmungsvorrichtung versehen sein, die die Magnetpolposition des Synchronmotors für eine vorläufige Festlegung in eine vorbestimmte Position bewegt, und den Synchronmotor mit der vorläufig festgelegten Position als momentaner Magnetpolposition startet.
Zum Regeln des Synchronmotors ist es erforderlich, die Magnetpolposition zu kennen. Normalerweise wird die Magnetpolposition durch absolute Positions-Rückführsignale von einem absoluten Sensor ermittelt, der mit dem Motor verbunden ist. Anders als ein absoluter Sensor erfasst ein inkrementeller Sensor eine relative Position. Soll ein Synchronmotor mit einem inkrementellen Sensor geregelt werden, so kann man die absolute Position des Magnetpols nicht aus den Rückführsignalen bestimmen. Daher ist in dem zugewiesenen Steuerungsabschnitt eine Magnetpol-Positionsbestimmungsvorrichtung bereitgestellt. Die Magnetpol-Positionsbestimmungsvorrichtung erzeugt einen Fluss eines Ansteuerstroms mit einem vorbestimmten elektrischen Winkel im Synchronmotor, und zwar zu Beginn der Drehung, damit der Magnetpol in eine vorbestimmte Position bewegt wird. Die vorbestimmte Position, in die der Magnetpol bewegt wird, ist durch einen Stromwinkel des zugeführten Ansteuerstroms bestimmt. Durch das obligatorische Bewegen des Magnetpols in die vorbestimmte Position kann man die Magnetpolposition auch dann kennen, wenn sie vorher nicht bekannt war. Dadurch kann man die Magnetpolposition des Synchronmotors erkennen, ohne dass man Rückführsignale der absoluten Position verwendet.
Nachdem die Magnetpolposition vorab festgelegt wurde, steuert der zugewiesene Steuerungsabschnitt den Synchronmotor mit einem Positionssignal für eine Umdrehung als Referenzposition des Magnetpols. Dadurch kann man einen Synchronmotor regeln ohne dass man Rückführsignale der absoluten Position verwendet.
Der Servocontroller der Erfindung kann Attributdaten dazu verwenden, einen angesteuerten Motor zu spezifizieren, der mit dem Servocontroller verbunden wird, und einen zugewiesenen Servocontrollerabschnitt zu wählen sowie Parameter, die für den festgelegten Motor geeignet sind. Die Attributdaten sind Daten, die Arten und Eigenschaften des Motors und/oder des Sensors festlegen. Die Attributdaten sind in einem Sensor gespeichert, der jedem Motor zugeordnet ist, oder in einer numerischen Steuerungsvorrichtung, die den Servocontroller steuert. Die Attributdaten werden in den Servocontroller eingegeben. Der Servocontroller wertet die eingegebenen Attributdaten aus, die einen Motor beschreiben, der mit dem Servocontroller verbunden ist, und wählt einen zugewiesenen Steuerungsabschnitt und Ansteuerparameter, die für den festgelegten Motor geeignet sind. Ein Motorcontroller regelt den spezifizierten Motor mit Hilfe der Ansteuerparameter.
Der Servocontroller, der die beschriebene Verarbeitung ausführt, umfasst: einen gemeinsamen Steuerungsabschnitt, der diejenigen Regelvorgänge ausführt, die bei einem Asynchronmotor und einem Synchronmotor gleich sind, die jedoch ansonstens unterschiedliche Regelverfahren erfordern; erste und zweite zugeordnete Steuerungsabschnitte, die jeweils die Regelvorgänge ausführen, die den zwei Motortypen zugewiesen sind; und einen Auswahlabschnitt, der einen anzusteuernden Motor auswählt sowie einen zugeordneten Steuerungsabschnitt, der dem gewählten Motor entspricht. Der gemeinsame Steuerungsabschnitt umfasst einen Positionscontroller, einen Geschwindigkeitscontroller und einen Stromcontroller. Der erste zugewiesene Steuerungsabschnitt besitzt einen d-Achsen-Strombefehlsgenerator, der einen d-Achsen-Strombefehl für einen Synchronmotor ausgibt. Der zweite zugewiesene Steuerungsabschnitt weist einen Magnetisierungsstrom-Befehlsgenerator auf, der den magnetischen Fluss und den Magnetisierungsstrom berechnet, damit ein Magnetisierungsstrombefehl erzeugt wird. Der zweite zugewiesene Steuerungsabschnitt weist auch einen Schlupfbefehlsgenerator auf, der einen Schlupfbefehl für einen Asynchronmotor erzeugt. Der Auswahlabschnitt wählt einen zugeordneten Steuerungsabschnitt und Ansteuerparameter abhängig von den Attributdaten eines jeden Motors. Eine Kombination aus dem gewählten zugewiesenen Steuerungsabschnitt, dem gemeinsamem Steuerungsabschnitt und einem Motorpositions/Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitt bildet gemeinsam einen Servocontroller für den ausgewählten Motor.
Der erste zugewiesene Steuerungsabschnitt kann zudem einen Magnetpolpositions-Bestimmer für den Synchronmotor enthalten. Gibt ein Sensor, der dem Synchronmotor zugeordnet ist, relative Positionssignale aus, so wird der zugewiesene Steuerungsabschnitt anhand der überprüften Attributdaten darüber informiert, dass der Sensor relative Positionssignale ausgibt sowie dass der Motortyp ein Synchronmotor ist. Nach dem Erhalt dieser Information wählt der erste zugeordnete Steuerungsabschnitt den Magnetpolpositions-Bestimmer. Der Magnetpolpositions-Bestimmer bewegt eine Magnetpolposition nach dem Empfang eines externen Eingabesignals in eine vorbestimmte Position, damit die Magnetpolposition vorab festgelegt ist. Ist die vorausgehende Festlegung abgeschlossen, so gibt der Magnetpolpositions-Bestimmer ein Magnetpolbestimmungs-Statussignal aus. Nach dem Erkennen des Magnetpolbestimmungs-Statussignals erlaubt der erste zugeordnete Steuerungsabschnitt das Ansteuern des Synchronmotors mit der vorab festgelegten Magnetpolposition als Referenz-Magnetpolposition. Der Synchronmotor wird nach dem Erhalt eines Geschwindigkeitsbefehls oder eines Positionsbefehls in Gang gesetzt. Nach dem Erfassen eines Signals für eine Umdrehung, das so voreingestellt ist, dass es bei null Grad des Magnetpols ausgegeben wird, legt der Magnetpolpositions-Bestimmer die Magnetpolposition an derjenigen Position als Referenzposition für null Grad fest, an der das Signal für eine Umdrehung erkannt wird.
Der Auswahlabschnitt kann einen Auswahlschalter umfassen, der einen anzusteuernden Motor anschließt, der abhängig von einem externen Schaltsignal aus mehreren Motoren ausgewählt wird.
Die Erfindung wird nunmehr zur besseren Darstellung und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt:
1 ein skizziertes Blockdiagramm einer Anordnung eines Servocontrollers der Erfindung;
2 ein ausführliches Blockdiagramm, das den Servocontroller der Erfindung darstellt;
3 ein ausführliches Blockdiagramm einer Anordnung für den Fall dass der Servocontroller der Erfindung einen Synchronmotor regelt;
4 ein ausführliches Blockdiagramm einer Anordnung für den Fall dass der Servocontroller der Erfindung einen Asynchronmotor regelt;
5 ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise eines Magnetpol-Positionsbestimmers für den Fall darstellt, dass der Servocontroller der Erfindung einen Synchronmotor regelt;
6 ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Servocontrollers darstellt, in der ein anzusteuernder Motor und sein zugeordneter Sensor anhand von Attributdaten spezifiziert werden;
7 ein Flussdiagramm mit Prozessen, die der Servocontroller in 6 ausführen muss;
8 ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Servocontrollers darstellt, in der zwei Motoren ausgewählt verwendet werden und ein anzusteuernder Motor und sein zugeordneter Sensor anhand von Attributdaten spezifiziert werden;
9 ein Flussdiagramm, das Prozesse darstellt, die der Servocontroller in 8 ausführen muss, und zwar für den Fall, dass die Attributdaten von dem Sensor eingegeben werden, der dem Motor zugeordnet ist;
10 ein Flussdiagramm, das Prozesse darstellt, die der Servocontroller in 8 ausführen muss, und zwar für den Fall, dass die Attributdaten von einer numerischen Steuerungsvorrichtung eingegeben werden; und
11 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Anordnung, in der mehrere anzusteuernde Motoren mit unterschiedlichen Regelverfahren von einzelnen Servocontrollern geregelt werden.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Anordnung eines Servocontrollers der Erfindung. 1 zeigt ein Beispiel, in dem zwei Motoren verwendet werden, nämlich ein Synchronmotor und ein Asynchronmotor. Die Anzahl der Motoren, die ausgewählt mit dem Servocontroller verbunden werden können, ist jedoch nicht auf zwei beschränkt; man kann beliebig viele Motoren verwenden.
In 1 regelt eine CNC 2 einen Servocontroller 1 so, dass mehrere Motoren Ma und Mb mit unterschiedlichen Regelverfahren angesteuert werden, und sie kontrolliert elektrische Schaltungen 4 über einen PC 3, wodurch eine Werkzeugmaschine oder ein Roboter gesteuert wird. Die Abbildung zeigt ein Beispiel, in dem ein erster Motor (Synchronmotor) Ma und ein zweiter Motor (Asynchronmotor) Mb mit unterschiedlichen Regelverfahren verwendet werden. Mit Hilfe der Auswahlvorrichtung S wird eine Energieleitung gewählt und geschaltet, die den Ansteuerstrom vom Servocontroller 1 an den ersten Motor Ma und den zweiten Motor Mb liefert, wodurch entweder der erste Motor Ma oder der zweite Motor Mb angesteuert wird.
Der Servocontroller 1 enthält: einen gemeinsamen Steuerungsabschnitt, der diejenigen Regelvorgänge ausführt, die für zahlreiche Motortypen gleich sind, die unterschiedliche Regelverfahren benötigen, einen zugewiesenen Steuerungsabschnitt, der die Regelvorgänge ausführt, die jedem der zahlreichen Motortypen zugewiesen sind, und einen Auswahlabschnitt, der einen anzusteuernden Motor und den zugewiesenen Steuerungsabschnitt gemäß dem anzusteuernden Motor auswählt.
Nun wird ein Beispiel für die Anordnung des Servocontrollers 1 anhand von 2 bis 4 erklärt. In dem in den Abbildungen dargestellten Beispiel werden der Synchronmotor Ma und der Asynchronmotor Mb von einem Servocontrollertyp gesteuert, und es werden inkrementelle Rückführsignale verwendet.
3 zeigt den Fall, dass der Auswahlabschnitt die Regelung des Synchronmotors wählt. 4 zeigt den Fall, dass der Auswahlabschnitt die Regelung des Asynchronmotors in 2 wählt. In 3 und 4 ist der nicht gewählte zugeordnete Steuerungsabschnitt weggelassen.
In 2 enthält der von den gestrichelten Linien eingeschlossene Servocontroller 1 den zugewiesenen Steuerungsabschnitt (die Abschnitte, die von der Linie mit abwechselnden kurzen und langen Strichen eingeschlossen sind sowie die Abschnitte, die von der Linie eingeschlossen sind, in der sich jeweils zwei kurze Striche mit einem langen Strich abwechseln), den gemeinsamen Steuerungsabschnitt (der Abschnitt, der von der gestrichelten Linie eingeschlossen ist, jedoch ohne die Abschnitte, die von abwechselnden kurzen und langen Strichen bzw. von abwechselnd zwei kurzen und einem langen Strich eingeschlossen sind), und den Auswahlabschnitt (Umschalter SW1 bis SW8 in der Abbildung) zur Wahl des anzusteuernden Motors und des zugewiesenen Steuerungsabschnitts.
Die CNC (computergestützte numerische Steuerungsvorrichtung) 2 ist so ausgebildet, dass sie einen Computer enthält. Der Servocontroller 1 kann von einer digitalen Servoschaltung gebildet werden, die einen Prozessor (CPU), ein ROM, ein RAM usw. aufweist. Die CNC und der Servocontroller 1 können über ein Kommunikationskabel miteinander verbunden werden.
Der Synchronmotor Ma und der Asynchronmotor Mb sind mit einem inkrementellen Sensor ISa und einem inkrementellen Sensor ISb versehen, die jeweils ein relatives Positionssignal erzeugen.
Der gemeinsame Steuerungsabschnitt, bei dem es sich um einen Steuerungsabschnitt handelt, der sowohl für die Regelung eines Synchronmotors als auch die Regelung eines Asynchronmotors vorhanden ist, umfasst einen Positionscontroller 11, einen Geschwindigkeitscontroller 12, einen Stromcontroller 13, einen Leistungsverstärker 14 und einen Addierer 15.
Der Prozessor des Servocontrollers liest einen Positionsbefehl (oder einen Geschwindigkeitsbefehl), den die CNC 2 über das Kommunikationskabel (nicht dargestellt) ausgibt, und führt eine Positionsschleifenverarbeitung, eine Geschwindigkeitsschleifenverarbeitung und eine Stromschleifenverarbeitung aus.
Der Positionscontroller 11 erhält den Positionsbefehl von der CNC 2 über den Umschalter SW2, und er erhält die Positionsrückführsignale vom inkrementellen Sensor ISa oder vom inkrementellen Sensor ISb. Der Positionscontroller 11 ermittelt eine Positionsdifferenz durch Subtrahieren des Positionsrückführwerts vom Positionsbefehl und führt eine Positionsschleifenregelung aus, indem er die Positionsdifferenz mit einer Positionsverstärkung multipliziert, um einen Geschwindigkeitsbefehl auszugeben.
Der Geschwindigkeitscontroller 12 erhält einen Geschwindigkeitsbefehl und einen Geschwindigkeits-Rückführwert und ermittelt eine Geschwindigkeitsdifferenz durch Subtrahieren des Geschwindigkeits-Rückführwerts vom Geschwindigkeitsbefehl, und er führt eine Geschwindigkeitsschleifenverarbeitung aus, beispielsweise eine proportionale Regelung, eine integrale Regelung usw., um einen Drehmomentbefehl auszugeben (Strombefehl). Für den Geschwindigkeitsbefehl kann ein Modus, in dem der Geschwindigkeitsbefehl von der CNC 2 über den Umschalter SW1 und den Umschalter SW3 zugeführt wird, und ein Modus, in dem der zugeführte Geschwindigkeitsbefehl, den der Positionscontroller 11 liefert, über die Umschalter SW1, SW2 und SW3 gewählt werden.
Der Stromcontroller 13 erhält einen Drehmomentstrombefehl vom Geschwindigkeitscontroller 12, einen Stromrückführwert vom Leistungsverstärker 14 und einen d-Achsen-Strombefehl. Er erhält auch einen Additionswert des Schlupfbefehls vom Addierer 15, falls ein Asynchronmotor vorliegt. Der Stromcontroller 13 nimmt eine Stromschleifenverarbeitung vor, indem er den Stromrückführwert vom Strombefehl subtrahiert, um einen Spannungsbefehl für jede Phase festzulegen, und speist damit einen Ansteuerstrom ein, indem er über den Umschalter SW5 auf den Synchronmotor Ma oder den Asynchronmotor Mb umschaltet. Den Leistungsverstärker 14 kann man mit Hilfe eines Tran sistorumrichters oder einer ähnlichen Schaltung ausbilden.
In 2 umfasst der zugeordnete Steuerungsabschnitt, der von der Linie mit abwechselnd langen und kurzen Strichen umschlossen ist, d. h. ein Steuerungsabschnitt, der dem Synchronmotor Ma zugewiesen ist, einen d-Achsen-Stromerzeugungsabschnitt 21 und einen Polpositions-Halteverarbeitungsabschnitt oder Bestimmer 22.
Der d-Achsen-Stromerzeugungsabschnitt 21 erzeugt einen d-Achsen-Strom von Id = 0 und speist ihn über den Umschalter SW6 in den Stromcontroller 13 ein.
Der Polpositionsbestimmer 22 führt die Regelvorgänge aus, die eine Magnetpolposition des Synchronmotors Ma festlegen, und zwar durch den Gebrauch eines relativen Positionssignals, das der inkrementelle Sensor ISa erfasst.
Die Magnetpolposition wird zeitweilig festgelegt, indem man einen Ansteuerstrom mit einem vorbestimmten elektrischen Winkel über den Umschalter SW4 fließen lässt und den Magnetpol in eine vorbestimmte Position bewegt. Die vorbestimmte Position, in die der Magnetpol bewegt wird, wird durch den Stromwinkel des zugeführten Ansteuerstroms bestimmt. Durch die obligatorische Bewegung des Magnetpols in die vorbestimmte Position kann man eine bekannte Magnetpolposition auch dann herstellen, wenn die Magnetpolposition vorher nicht bekannt ist.
Nachdem die Magnetpolposition vorübergehend festgelegt ist, steuert der Polpositionsbestimmer 22 den Synchronmotor mit einem Signal für eine Umdrehung, wobei die Position des relativen Positionssignals, das der inkrementelle Sensor ISa erfasst, die Bezugsposition ist.
In 2 umfasst der zugeordnete Steuerungsabschnitt, der von der Linie mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen umschlossen ist, d. h. ein Steuerungsabschnitt, der dem Asynchronmotor Mb zugewiesen ist, einen d-Achsen-Strombefehlsgenerator, der eine Magnetfluss-Berechnungseinheit 31 und eine d-Achsen-Magnetisierungsstrom-Berechnungseinheit 32 enthält. Eine Schlupfberechnungseinheit 33 ist ebenfalls vorhanden.
Die Magnetfluss-Berechnungseinheit 31 erhält den Geschwindigkeits-Rückführwert und berechnet einen Befehl für den magnetischen Fluss. Die d-Achsen-Strom-Berechnungseinheit 32 erhält den Magnetflussbefehl und berechnet den Magnetisierungs strom 1d. Der Magnetisierungsstrom 1d wird über den Umschalter SW6 in den Stromcontroller 13 eingegeben. Die Schlupfberechnungseinheit 33 erhält den Magnetflussbefehl und den Drehmomentstrombefehl und berechnet einen Schlupfbefehl. Der Schlupfbefehl wird vom Addierer 15 über den Umschalter SW8 addiert und wird dem Stromcontroller 13 zugeführt.
Die zugewiesenen Steuerungsabschnitte, die im Servocontroller 1 vorhanden sind, können abhängig vom anzusteuernden Motor über die Umschalter SW gewählt werden.
3 zeigt eine Anordnung für einen Fall, in dem ein Synchronmotor Ma in der Anordnung in 2 angesteuert wird. In 3 ist der in 2 dargestellte Umschalter SW5 auf die Seite des Synchronmotors Ma umgelegt, der Umschalter SW6 ist auf die Seite des Magnetisierungsstrom-Erzeugungsabschnitts 21 geschaltet, und der Polpositions-Halteverarbeitungsabschnitt 22 wird über den Umschalter SW7 gewählt. In 3 ist die dem Asynchronmotor zugeordnete Anordnung weggelassen.
4 zeigt eine Anordnung für einen Fall, in dem ein Asynchronmotor Mb in der Anordnung in 2 angesteuert wird. In 4 ist der in 2 dargestellte Umschalter SW5 auf die Seite des Asynchronmotors Mb umgelegt, der Umschalter SW6 ist auf die Seite der d-Achsen-Stromberechnungseinheit 32 geschaltet, der Umschalter SW8 ist auf die Seite der Schlupfberechnungseinheit 33 geschaltet, und der Polpositionsbestimmer 22 ist über den Umschalter SW7 abgetrennt. In 4 ist die dem Synchronmotor zugeordnete Anordnung weggelassen.
Man kann die Regelung des Synchronmotors Ma und des Asynchronmotors Mb mit den üblichen Regelverfahren ausführen. Die Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der üblichen Regelung beim Regeln des Synchronmotors Ma dadurch, dass die Regelung mit Hilfe des relativen Positionssignals erfolgt, das der inkrementelle Sensor ISa erfasst. In der folgenden Beschreibung wird daher beim Regeln des Synchronmotors Ma die Arbeitsweise des Polpositionsbestimmers 22 mit Hilfe eines Flussdiagramms in 5 erklärt, und die übliche Regelung des Synchronmotors Ma und die Regelung des Asynchronmotors Mb werden nicht beschrieben.
Im Flussdiagramm in 5 legt der Polpositionsbestimmer 22 kurzzeitig die Magnetpolposition des Synchronmotors in den Schritten S1 bis S8 fest. Nach der vorausgehenden Festlegung wird in den Schritten S9 bis S15 der Synchronmotor in Gang gesetzt, wobei die kurzzeitig festgelegte Position zur Magnetpolposition wird. Die Position des Signals für eine Umdrehung des relativen Positionssignals, das der inkrementelle Sensor ISa erfasst, wird zur Magnetpolposition, und der Positionsbefehl oder der Geschwindigkeitsbefehl wird zum Ausführen des Regelvorgangs zugeführt.
Wird der inkrementelle Sensor ISa am Synchronmotor Ma angebracht, so wird er so ausgerichtet, dass die Position des Signals für eine Umdrehung des inkrementellen Sensors ISa vorab mit der Magnetpol-Bezugsposition übereinstimmt. Wird von außen ein Startsignal für die Polpositionsfestlegung zugeführt, das den Vorgang der Polpositionsfestlegung erforderlich macht, so beginnt die folgende Polpositionsfestlegungs-Verarbeitung.
Das Startsignal für die Polpositionsfestlegung kann eine Fehlfunktion verhindern, falls die Stromversorgung eingeschaltet wird und die Magnetpolposition durch die Verarbeitung nicht festliegt, so dass ein Vorgang erforderlich wird, den eine Bedienperson ausführen muss (Schritt S1).
Die Magnetpolposition liegt so lange nicht fest, bis die Position des Signals für eine Umdrehung erkannt wird. Steuert man den Synchronmotor in diesem Zustand an, kann man manchmal ein vorbestimmtes Drehmoment nicht erreichen, und man kann den Synchronmotor nicht ansteuern. Daher wird der Umschalter SW7 geschlossen, und der Umschalter SW4 wird auf die Seite des Polpositionsbestimmers 22 umgelegt. Dadurch wird die Eingabe des Drehmoment-Strombefehls vom Geschwindigkeitscontroller 12 angehalten, und ein festliegender Drehmomentstrom wird befohlen. Daraufhin legt der Polpositionsbestimmer 22 die Magnetpolposition in den Schritten S2 bis S8 zeitweilig fest.
Bei der vorausgehenden Festlegung der Magnetpolposition wird der elektrische Winkel der Magnetpolposition auf -90 Grad eingestellt, und der Drehmomentstrom für die Phase von -90 Grad wird angewiesen (Schritt S2).
Ist die Magnetpolposition gegen 0 Grad verschoben, so wird der Synchronmotor Ma damit gestartet, dass der Drehmomentstrom befohlen wird, der einer Phase von -90 Grad entspricht, und er wird in einer Position angehalten, in der der elektrische Winkel der Magnetpolposition 0 Grad beträgt (Schritt S3).
Befindet sich dagegen der Magnetpol in einer Position von 0 Grad, so bleibt der Synchronmotor Ma auch dann in Ruhe, wenn der Drehmomentstrom für eine Phase von -90 Grad befohlen wird, so dass der Drehmomentstrom für eine Phase von 0 Grad befoh len wird (Schritt S4). Auch dann, wenn sich der Magnetpol in einer Position befindet, in der sich der Synchronmotor Ma im Schritt S2 nicht dreht, wird der Synchronmotor Ma durch das Ausführen der Verarbeitung im Schritt S4 gestartet, und er wird in einer Position angehalten, in der der elektrische Winkel der Magnetpolposition 90 Grad beträgt (Schritt S5). Ist der Stillstand festgestellt und die Drehung des Synchronmotors Ma in den Schritten S3 bis S5 überprüft (Schritt S6), so ist die Magnetpolposition, in der der Synchronmotor Ma angehalten wird, auf 90 Grad festgelegt (Schritt S8).
Wird der Synchronmotor Ma weder mit dem Drehmoment-Strombefehl für die Phase von -90 Grad noch mit dem Drehmoment-Strombefehl für die Phase von 0 Grad in Gang gesetzt, so können Schwierigkeiten auftreten. Wird der Synchronmotor Ma nicht mit dem Drehmoment-Strombefehl für eine der beiden Phasen gestartet, so erfolgt eine Verarbeitung, die einen Alarm auslöst (Schritt S7).
Nach dem vorübergehenden Festlegen der Magnetpolposition auf 90 Grad im Schritt S8 wird der Synchronmotor in Gang gesetzt, und die Regelung erfolgt durch das Zuführen des Positionsbefehls oder des Geschwindigkeitsbefehls in den Schritten S9 bis S16.
Nachdem der vorübergehende Festlegungsvorgang im Schritt S8 beendet ist, wird ein Signal eingeschaltet, das den Abschluss des vorübergehenden Polpositions-Festlegungsvorgangs anzeigt, und die Umschalter SW1, SW2 und SW3 werden so geschaltet, dass der Positionsbefehl oder Geschwindigkeitsbefehl zugeführt werden kann. Ferner wird der Umschalter SW4 von der Polpositions-Festlegungsverarbeitung 22 auf die Seite des Stromcontrollers 13 umgelegt. Dadurch wird der Synchronmotor Ma vom Positionsbefehl oder vom Geschwindigkeitsbefehl geregelt.
Nach dem Setzen eines Flags F, das den Erkennungszustand des Signals für eine Umdrehung darstellt, auf den Wert 0, der einen nicht erkannten Zustand darstellt (Schritt S10), wird die Erkennung des Signals für eine Umdrehung überwacht (Schritt S11).
Das Signal für eine Umdrehung ist ein Signal, das jedes Mal erzeugt wird, wenn sich der inkrementelle Sensor ISa um eine Umdrehung dreht. Da die Position des Signals für eine Umdrehung vorab mit der Magnetpol-Bezugsposition ausgerichtet wird, kann man die Magnetpol-Bezugsposition durch das Erfassen des Signals für eine Umdrehung erkennen.
Wird das Signal für eine Umdrehung erkannt und hat das Flag F den Wert 0 (Schritt S12), so wird die Position des Signals für eine Umdrehung zur Magnetpol-Bezugsposition erklärt (Schritt S13), und die nachfolgenden Regelvorgänge erfolgen basierend auf der Magnetpol-Bezugsposition. Das Flag F wird auf den Wert 1 gesetzt (Schritt S14), und ein Polpositions-Bestätigungssignal wird gesetzt, mit dem der Abschluss des Festlegungsvorgangs nach außen gemeldet wird (Schritt S15).
Nach dem Setzen des Flags F auf 1 wird im Schritt S11 geprüft, ob das Flag F den Wert 1 hat, und die Magnetpolposition nach der Drehung wird bestimmt, indem eine Rückführgröße zur Magnetpolposition addiert wird (Schritt S16). Die Regelung wird mit Hilfe der ermittelten Magnetpolposition fortgesetzt.
Wird das Signal für eine Umdrehung nicht erkannt und hat das Flag F im Schritt S12 den Wert 0, so erfolgt die Regelung durch die Verarbeitung im Schritt S16 anhand der momentanen Polposition.
Der Servocontroller der Erfindung kann mit Hilfe der Attributdaten einen zugewiesenen Steuerungsabschnitt wählen, der für einen anzusteuernden Motor geeignet ist. Die Wahl mit Hilfe der Attributdaten wird an zwei Anordnungsbeispielen erklärt. Im ersten Anordnungsbeispiel ist der Servocontroller dafür entworfen, dass er mit einem Motor verbunden wird. In einem zweiten Anordnungsbeispiel ist der Servocontroller dafür entworfen, dass er ausgewählt mit einem von mehreren Motoren verbunden wird.
6 und 7 zeigen das erste Anordnungsbeispiel. Im ersten Beispiel regelt ein Servocontroller 1 einen Motor über einen Motorcontroller 100. Bei dem Motor M kann es sich um einen Asynchronmotor oder einen Synchronmotor handeln, die mit unterschiedlichen Regelverfahren geregelt werden, oder um Motoren, die mit dem gleichen Regelverfahren geregelt werden, jedoch unterschiedliche Charakteristiken aufweisen können.
Der Motorcontroller 100 umfasst einen gemeinsamen Steuerungsabschnitt 101 für jede beliebige Motorart und einen zugeordneten Steuerungsabschnitt 102, der einer bestimmten Motorart zugewiesen ist, sowie einen Geschwindigkeitserfassungsabschnitt und einen Positionserfassungsabschnitt. Der zugeordnete Steuerungsabschnitt 102 umfasst einen Synchronmotor-Steuerungsabschnitt 102a und einen Asynchronmotor-Steuerungsabschnitt 102b.
Der Motor M ist mit einem Sensor SE verbunden. Der Sensor SE hat zwei Funktionen. Die erste Funktion besteht im Zurückführen erfasster Rückführsignale zum Motorcontroller 100. Die zweite Funktion besteht im Speichern der Attributdaten des Motors M. Die Attributdaten geben die Typen und Eigenschaften des Motors M und des Sensors SE wieder.
Der Servocontroller 1 empfängt die erfassten Signale im Motorcontroller 100 und stellt die Position und die Geschwindigkeit des Motors fest. Beim Anschluss des Motors an den Servocontroller empfängt er die Attributdaten in einem Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103a.
Ein Attributdaten-Unterscheidungsabschnitt 105 stellt den Typ und die Merkmale des angeschlossenen Motors M und des Sensors SE anhand der Attributdaten fest, die in den Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103a eingegeben werden. Der Attributdaten-Unterscheidungsabschnitt 105 sendet ein Attributfeststellungssignal an den zugewiesenen Steuerungsabschnitt 102 und einen Parameterwahlabschnitt 106. Der zugewiesene Steuerungsabschnitt 102 wählt anhand des Attributfeststellungssignals einen für den Motor M geeigneten Steuerungsabschnitt. Der Parameterwahlabschnitt 106 wählt anhand des Attributfeststellungssignals für den Motor M geeignete Motorparameter und sendet das gewählte Signal an den Parametereinstellabschnitt 107. Der Parametereinstellabschnitt 107 stellt für den Motor M geeignete Motorparameter abhängig vom gewählten Signal ein und sendet sie an den Motorcontroller 100. Der Motorcontroller 100 steuert den Motor M mit Hilfe der Motorparameter an.
Der Servocontroller 1 trifft also zwei Entscheidungen, nämlich die Wahl eines für den Motor M geeigneten Steuerungsabschnitts und die Wahl der Motorparameter.
Eine numerische Steuerungsvorrichtung 2 kann in einem Datenspeicherabschnitt 200 Attributdaten und einen Motorparameter halten. Der Servocontroller 1 empfängt die Attributdaten von der numerischen Steuerungsvorrichtung 2 und gibt sie in den Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103b und behandelt sie so wie die Attributdaten, die im Sensor SE vorliegen. Ein Umschalter 104 schaltet zwischen den Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitten 103a und 103b um, damit einer der beiden mit dem Attributdaten-Unterscheidungsabschnitt 105 verbunden wird. Die Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitte 103 und der Attributdaten-Unterscheidungsabschnitt 105, die in 6 von der unterbrochenen Linie eingeschlossen sind, bilden die Auswahlvorrichtung S.
Der Servocontroller 1 kann so konfiguriert werden, dass er einen Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103 aufweist.
Der Servocontroller 1 kann anstelle der Auswahl, die der Parameterwahlabschnitt 106 trifft, die Motorparameter vom Datenspeicherabschnitt 200 der numerischen Steuerungsvorrichtung 2 in den Parametereinstellabschnitt 107 übernehmen.
Der Servocontroller 1 ist mit einem Sensorunterbrechungs-Erkennungsabschnitt 108 ausgerüstet. Der Sensorunterbrechungs-Erkennungsabschnitt 108 ist eine Vorrichtung, die den Verbindungsstatus zwischen dem Sensor SE und dem Servocontroller 1 erkennt. Der Sensorunterbrechungs-Erkennungsabschnitt 108 überwacht das Erkennungssignal und/oder die Attributdaten, die der Sensor SE erzeugt, und stellt fest, ob zwischen dem Sensor SE und dem Servocontroller 1 ein verbundener Status oder ein unterbrochener Status besteht.
Die Arbeitsweise des ersten Anordnungsbeispiels wird nun anhand eines Flussdiagramms in 7 erklärt.
Ist in der numerischen Steuerungsvorrichtung 2 kein Motorparameter eingestellt (Schritt S20), so liest der Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103a Attributdaten vom Sensor SE (Schritt S21). Der Attributdaten-Unterscheidungsabschnitt 105 übernimmt die Attributdaten vom Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103a. Der Attributdaten-Unterscheidungsabschnitt 105 erkennt die Typen und Eigenschaften des Motors M und des Sensors SE und sendet ein Attributerkennungssignal an den zugewiesenen Steuerungsabschnitt 102 und den Parametennrahlabschnitt 106 (Schritt S22).
Der zugeordnete Steuerungsabschnitt 102 wählt anhand des Attributerkennungssignals einen für den Motor M geeigneten Steuerungsabschnitt (Schritt S23). Der Parameterwahlabschnitt 106 wählt einen Motorparameter ausgehend vom Attributerkennungssignal und sendet das gewählte Signal an den Parametereinstellabschnitt 107 (Schritt S24).
Der Parametereinstellabschnitt 107 liest den gewählten Motorparameter aus dem gewählten Signal und stellt ihn ein. Es ist eine Anordnung möglich, in der zahlreiche Motorparameter vorab im Parameterwahlabschnitt 106 gespeichert sind, und der gewählte Motorparameter an den Parametereinstellabschnitt 107 übertragen wird (Schritt S25).
Der Parametereinstellabschnitt 107 sendet den eingestellten Motorparameter an den Motorcontroller 100. Der Motorcontroller 100 regelt den Motor ausgehend von dem Motorparameter (Schritt S26).
Der Parameterwahlabschnitt 106 und der Parametereinstellabschnitt 107 senden die gewählten Parameter und die Attributdaten an die numerische Steuerungsvorrichtung 2. Daraufhin kann die numerische Steuerungsvorrichtung 2 anfängliche Einstellungen vornehmen und die Typen des Motors M und des Sensors SE und die Inhalte der eingestellten Motorparameter bestätigen (Schritt S27).
Sind dagegen die Motorparameter in der numerischen Steuerungsvorrichtung 2 eingestellt (Schritt S20), so überträgt die numerische Steuerungsvorrichtung 2 die in dem Datenspeicherabschnitt 200 gespeicherten Attributdaten an den Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103b (Schritt S28). Der zugeordnete Steuerungsabschnitt 102 wählt anhand der Attributdaten einen für den Motor M geeigneten Steuerungsabschnitt (Schritt S29). Die numerische Steuerungsvorrichtung 2 überträgt den Motorparameter an den Parametereinstellabschnitt 107 (Schritt S30). Der Parametereinstellabschnitt 107 sendet den Motorparameter an den Motorcontroller 100. Der Motorcontroller 100 regelt den Motor mit Hilfe der Motorparameter (Schritt S31).
8-10 zeigen das zweite Anordnungsbeispiel. Im zweiten Beispiel regelt der Servocontroller 1 gezielt zwei Motoren mit Hilfe des Motorcontrollers 100, d. h. einen ersten Motor Ma und einen zweiten Motor Mb, jedoch nicht gleichzeitig. Bei dem Motor Ma und dem Motor Mb kann es sich um einen Asynchronmotor oder einen Synchronmotor handeln, die mit unterschiedlichen Regelverfahren angesteuert werden müssen, oder es kann sich um Motoren handeln, die mit dem gleichen Regelverfahren angesteuert werden, jedoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Der Motor Ma und der Motor Mb sind mit einem Sensor SEa und einem Sensor SEb wie im ersten Anordnungsbeispiel versehen. Jeder der Sensoren SEa und SEb speichert Attributdaten, die den Typ und die Eigenschaften des Motors und des Sensors selbst darstellen.
Im zweiten Beispiel sind ein Schaltstatus-Halteabschnitt 111, ein Sensorumschaltabschnitt 109 und ein Energieleitungs-Umschaltabschnitt 110 zusätzlich zu den Anordnungselementen vorhanden, die im ersten Anordnungsbeispiel dargestellt sind.
Der Sensorumschaltabschnitt 109 schaltet die Attributdaten und das Erkennungssignal von jedem Sensor SE, wenn der Motor geschaltet wird. Durch diesen Schaltvorgang kann der Servocontroller 1 mit den Attributdaten und dem Erkennungssignal des jeweiligen Motors versorgt werden.
Der Energieleitungs-Umschaltabschnitt 110 schaltet beim Umschalten des Motors eine Energieleitung, die jeden Motor mit Antriebsenergie beliefert. Durch diesem Schaltvorgang kann der Servocontroller 1 den jeweiligen Motor mit Antriebsenergie beliefern.
Der Schaltstatus-Halteabschnitt 111 empfängt ein Schaltsignal von einer externen Vorrichtung über die numerische Steuerungsvorrichtung 2 und hält das Schaltsignal. Das Schaltsignal dient der Wahl eines Motors aus mehreren Motoren, den der Servocontroller 1 ansteuern soll, und dem Ausführen des Schaltvorgangs.
Das externe Schaltsignal führt den Schaltvorgang des Energieleitungs-Umschaltabschnitts 110 und des Sensorumschaltabschnitts 109 aus. Wird das Schaltsignal über die numerische Steuerungsvorrichtung 2 eingegeben, so gibt der Schaltstatus-Halteabschnitt 111 einen Schaltbefehl an den Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103 aus, die Attributdaten des betroffenen Motors und des Sensors zu lesen. Der Schaltstatus-Halteabschnitt 111 schaltet den im Parametereinstellabschnitt 107 eingestellten Motorparameter auf den Motorparameter des entsprechenden Motors.
Der Sensorunterbrechungs-Erkennungsabschnitt 108 setzt die Funktion zum Erkennen einer Sensorunterbrechung nach der Eingabe eines Unterbrechungserkennungs-Ungültig-Signals außer Kraft, um eine fälschliche Unterbrechungserkennung beim Umschalten der Sensoren zu verhindern. Nach dem Ende der angesprochenen Verarbeitungen gibt der Servocontroller 1 über die numerische Steuerungsvorrichtung 2 ein Schalten-Beendet-Signal an eine externe Vorrichtung aus. Die externe Vorrichtung schaltet das Unterbrechungserkennungs-Ungültig-Signal ab, damit die Funktion zum Erkennen einer Sensorunterbrechung nach dem Empfang des Schalten-Beendet-Signals wieder in Kraft gesetzt wird.
Der Energieleitungs-Umschaltabschnitt 110 schaltet nach dem Erhalt des Schaltsignals die Energieleitung auf den anzusteuernden Motor um und liefert nur dem betroffenen Motor Energie.
Die Arbeitsweise des zweiten Anordnungsbeispiels wird nun anhand der Flussdiagramme in 9 und 10 erklärt. Das in 9 dargestellte Flussdiagramm zeigt einen Fall, in dem in der numerischen Steuerungsvorrichtung kein Motorparameter eingestellt ist. Das Flussdiagramm in 10 zeigt einen Fall, in dem in der numerischen Steuerungsvorrichtung ein Motorparameter eingestellt ist.
Ist in der numerischen Steuerungsvorrichtung kein Motorparameter eingestellt, wird der anzusteuernde Motor gewählt, nachdem das Eintreffen des Schaltsignals abgewartet wird (Schritt S40).
Im Folgenden wird als Beispiel ein Fall erklärt, bei dem ein Umschaltvorgang zwischen den beiden Motoren Ma und Mb vorgenommen wird.
Der Schaltstatus-Halteabschnitt 111 erkennt anhand des Schaltsignals, ob der erste Motor Ma oder der zweite Motor Mb anzusteuern ist. Im Weiteren wird der Fall erklärt, dass der Motor Ma angesteuert wird. Die Schritte S43b bis S47b für den Motor Mb gleichen den Schritten S43a bis S47a für den Motor Ma.
Der Sensorunterbrechungs-Erkennungsabschnitt 108 setzt die Funktion zum Erkennen einer Sensorunterbrechung nach dem Empfang des Unterbrechungserkennungs-Ungültig-Signals außer Kraft (Schritt S41). Der Schaltstatus-Halteabschnitt 111 sendet einen Schaltbefehl an den Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103. Der Sensorumschaltabschnitt 109 schaltet nach dem Empfang des Schaltsignals auf die Sensorabschnittsseite des Motors Ma (Schritt S43a). Der Energieleitungs-Umschaltabschnitt 110 schaltet nach dem Empfang des Schaltsignals die Energieleitung auf die Seite des Motors Ma um (Schritt S44a).
Der Attributdaten-Unterscheidungsabschnitt 105 übernimmt die Attributdaten D1 des Motors Ma aus dem Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103 (Schritt S45a) und erkennt die Attributdaten D1 (Schritt S46a). Der Parameterwahlabschnitt 106 wählt den Motorparameter des Motors Ma anhand des Attributerkennungssignals und sendet das gewählte Signal an den Parametereinstellabschnitt 107 (Schritt S47a).
Der Parametereinstellabschnitt 107 liest die gewählten Motorparameter aus dem gewählten Signal und stellt sie ein. Es ist eine Anordnung möglich, in der die Motorparameter des Motors Ma und des Motors Mb vorab im Parameterwahlabschnitt 106 gespeichert sind und der gewählte Motorparameter an den Parametereinstellabschnitt 107 über tragen wird (Schritt S48).
Der Parametereinstellabschnitt 107 sendet die eingestellten Motorparameter an den Motorcontroller 100. Der Motorcontroller 100 regelt den Motor ausgehend von den Motorparametern (Schritt S49).
Der Parameterwahlabschnitt 106 und der Parametereinstellabschnitt 107 senden die gewählten Parameter und die Attributdaten an die numerische Steuerungsvorrichtung 2. Daraufhin kann die numerische Steuerungsvorrichtung 2 anfängliche Einstellungen vornehmen und die Typen des Motors und des Sensors und die Inhalte der eingestellten Motorparameter bestätigen (Schritt S50).
Der Servocontroller 1 gibt über die numerische Steuerungsvorrichtung 2 ein Schalten-Beendet-Signal an die externe Vorrichtung aus. Die externe Vorrichtung schaltet nach dem Empfang des Schalten-Beendet-Signals das Unterbrechungserkennungs-Ungültig-Signal ab, damit eine Sensorunterbrechung erkannt werden kann (Schritt S51).
Wird dagegen ein Motorparameter in der numerischen Steuerungsvorrichtung 2 eingestellt, so überträgt die numerische Steuerungsvorrichtung 2 die Attributdaten an den Attributdaten-Eingabe/Speicherabschnitt 103b, sie überträgt die Motorparameter an den Parametereinstellabschnitt 107 (Schritt S60), und sie setzt die Funktion des Sensorunterbrechungs-Erkennungsabschnitts 108 nach dem Empfang des Unterbrechungserkennungs-Ungültig-Signals außer Kraft (Schritt S61). Die numerische Steuerungsvorrichtung 2 sendet auch ein Schaltsignal an den Schaltstatus-Halteabschnitt 111, damit der umgeschaltete Status eingestellt wird (Schritt S62).
Als Beispiel wird nun im Weiteren ein Fall erklärt, bei dem ein Umschaltvorgang zwischen zwei Motoren erfolgt, nämlich dem Motor Ma und dem Motor Mb.
Der Schaltstatus-Halteabschnitt 111 entnimmt dem Schaltsignal, ob der Motor Ma oder der Motor Mb anzusteuern ist. Im Folgenden wird der Fall erklärt, dass der Motor Ma angesteuert wird. Die Schritte S64b bis S65b für den Motor Mb stimmen mit den Schritten S64a bis S65a für den Motor Ma überein.
Der Sensorumschaltabschnitt 109 schaltet beim Empfang des Schaltsignals auf die Sensorseite des Motors Ma (Schritt S64a). Der Energieleitungs-Umschaltabschnitt 110 schaltet beim Empfang des Schaltsignals die Energieleitung auf die Seite des Motors Ma (Schritt S65a).
Der Parameterspeicherabschnitt 107 sendet die eingestellten Motorparameter an den Motorcontroller 100 (Schritt S66). Nach dem Abschluss des Schaltens gibt der Servocontroller über die numerische Steuerungsvorrichtung ein Schalten-Beendet-Signal an die externe Vorrichtung aus. Die externe Vorrichtung schaltet das Unterbrechungserkennungs-Ungültig-Signal ab, damit eine Sensorunterbrechung erkannt werden kann (Schritt S67).
Mit der beschriebenen Anordnung kann man abhängig von den Attributdaten einen Controller zusammenstellen, der sich für das Ansteuern eines Motors eignet. Da die Auswahl des zugeordneten Steuerungsabschnitts unter Verwendung der Attributdaten automatisch erfolgen kann, ist es der Bedienperson möglich, Handlungen vornehmen ohne sich um den Motortyp zu kümmern, der mit dem Servocontroller verbunden ist. Es lässt sich auch die Zeit zum Einstellen der Anlagen und für den Hochlauf verkürzen.
Ein Servocontroller kann die Regelung für die Kombination von unterschiedlichen Motoren übernehmen, beispielsweise Asynchronmotoren, Synchronmotoren und einen Asynchronmotor plus einen Synchronmotor.
Asynchronmotoren, die sich für hohe Drehzahlen und hohe Leistung eignen, und Synchronmotoren, die sich für hohe Genauigkeit und hohen Wirkungsgrad eignen, können von einem Servocontroller durch Umschalten zwischen den Motoren geregelt werden. Wird beispielsweise die Erfindung auf eine Tischachse einer vertikalen Drehbank angewendet, so können die Servocontroller, die herkömmlicherweise für jeden Motor getrennt bereitgestellt wurden, auf einen Servocontroller verringert werden. Dadurch kann man die Einbaufläche für den Servocontroller verringern und Kosteneinsparungen erzielen.
Bei einer Maschine, in der sowohl ein Asynchronmotor als auch ein Synchronmotor verwendet werden, benötigt man bisher zwei Arten von Servocontrollern für die Wartungsverwaltung. Gemäß der Erfindung wird nur ein Servocontrollertyp benötigt, wodurch die Wartungsverwaltung einfach wird.
Hinsichtlich der Fertigung von Servocontrollern ist es ebenfalls nicht erforderlich, zwei Arten von Servocontrollern für besondere Aufgaben herzustellen, d. h. Servocontroller, die speziell für Asynchronmotoren entworfen sind, und Servocontroller, die speziell für Synchronmotoren entworfen sind. Dadurch lassen sich geringere Herstellungskosten erzielen.
Verwendet man gemäß der Ausführungsform der Erfindung vom Motortyp unabhängige Servocontroller, so kann man Synchronmotoren und Asynchronmotoren mit einem Servocontrollertyp ansteuern.
Das Ansteuern mit einem einzigen Servocontrollertyp bietet auch Vorteile hinsichtlich der Wartungsverwaltung, der Kosten und der Einbaufläche der Servocontroller.
Der Einsatz von inkrementellen Detektoren, beispielsweise Zahnradsensoren, als Detektoren erhöht die Zuverlässigkeit bei hohen Drehzahlen und erleichtert die Anwendung eines durchbohrten Typs, der leicht zu kühlen ist.
Wie beschrieben kann man gemäß der Erfindung anzusteuernde Motoren mit unterschiedlichen Regelverfahren, beispielsweise Synchronmotoren und Asynchronmotoren, mit einem einzigen Servocontrollertyp unabhängig von der Motorenbauart regeln. Die Servoregelung kann auch unter Verwendung von inkrementellen Rückführsignalen erfolgen.

Claims

Servocontroller, umfassend: einen gemeinsamen Steuerungsabschnitt (101), der einen ersten Motor (Ma) und einen zweiten Motor (Mb) gemeinsam steuert, wobei der gemeinsame Steuerungsabschnitt (101) umfasst: einen Positionscontroller (11), einen Geschwindigkeitscontroller (12), der so verbunden ist, dass ihm der Positionscontroller (11) einen Geschwindigkeitsbefehl eingibt, und einen Stromcontroller (13), der so verbunden ist, dass ihm der Geschwindigkeitscontroller (12) einen Drehmomentbefehl eingibt; einen ersten zugeordneten Steuerungsabschnitt (102a), der die Steuerung für den ersten Motor (Ma) ausführt, und einen zweiten zugeordneten Steuerungsabschnitt (102b), der die Steuerung für den zweiten Motor (Mb) ausführt; einen Positions/Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitt (ISa, ISb, SE), der die Position bzw. Geschwindigkeit eines anzusteuernden Motors abhängig von Signalen von einem Sensor erfasst, der dem Motor zugeordnet ist; und einen Auswahlabschnitt (SW1-SW8), der entweder den ersten zugeordneten Steuerungsabschnitt (102a) oder den zweiten zugeordneten Steuerungsabschnitt (102b) auswählt sowie Ansteuerparameter für den anzusteuernden Motor, und zwar abhängig von Attributdaten, die für jeden Motor voreingestellt sind, damit der anzusteuernde Motor durch eine Kombination aus dem gemeinsamen Steuerungsabschnitt (101), dem gewählten zugeordneten Steuerungsabschnitt (102a, 102b) und dem Positions/Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitt (ISa, ISb, SE) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor (Ma) ein Synchronmotor ist und der zweite Motor (Mb) ein Asynchronmotor ist, dass der erste zugeordnete Steuerungsabschnitt (102a) einen d-Achsen-Stromerzeugungsabschnitt (21) für das Einstellen des d-Achsen-Strombefehls für den Synchronmotor (Ma) enthält, und dass der zweite zugeordnete Steuerungsabschnitt (102b) einen d-Achsen-Strombefehlsgenerator (31, 32) enthält, der den magnetischen Fluss und den Magnetisierungsstrom berechnet, und eine Schlupfberechnungseinheit (33), die einen Schlupfbefehl für den Asynchronmotor (Mb) erzeugt.
Servocontroller nach Anspruch 1, wobei die Attributdaten für jeden Motor Daten enthalten, die die Art und Charakteristik eines jeden Motors und/oder des zugehörigen Sensors angeben, und die Daten im zugehörigen Sensor (ISa, ISb, SE) gespeichert sind und aus dem zugehörigen Sensor in den Servocontroller eingegeben werden.
Servocontroller nach Anspruch 1, wobei die für jeden Motor voreingestellten Attributdaten Daten enthalten, die die Art und Charakteristik eines jeden Motors und/oder des zugehörigen Sensors angeben, und die Daten in einer numerischen Steuerung gespeichert sind und aus der numerischen Steuerung in den Servocontroller eingegeben werden.
Servocontroller nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Sensor (ISa, ISb) zum Ausgeben von inkrementellen Positionssignalen sowohl dem Synchronmotor (Ma) als auch dem Asynchronmotor (Mb) zugewiesen ist, und der erste zugeordnete Steuerungsabschnitt (102a) einen Magnetpol-Positionsermittler (22) enthält, und der Servocontroller so aufgebaut ist, dass er wie folgt arbeitet: wird anhand der Attributdaten festgestellt, dass der zu steuernde Motor der Synchronmotor (Ma) ist, so bewegt der Magnetpol-Positionsermittler (22) die Magnetpole des Synchronmotors (Ma) in eine vorbestimmte Position, und zwar anhand eines externen Eingabesignals für die vorläufige Bestimmung des Magnetpols, wobei ein Magnetpol-Ermittelt-Statussignal an der vorbestimmten Position ausgegeben wird, damit es möglich wird, den Motor mit der vorbereitend bestimmten Position als Referenz-Magnetpolposition anzusteuern, und das Ansteuern des Motors abhängig von einem Geschwindigkeitsbefehl oder einem Positionsbefehl gestartet wird und nach dem Erfassen eines Signals für eine Umdrehung weitergeht, das an einer Null-Grad-Position des Motors voreingestellt ist, und zwar mit der Position, an der das Signal für eine Umdrehung als Referenzposition für Null Grad erkannt wird, wobei eine Sensorsignal-Eingabeschaltung verwendet wird, die dem Asynchronmotor (Mb) und dem Synchronmotor (Ma) gemeinsam ist.
Servocontroller nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Auswahlabschnitt (SW1-SW8) einen Auswahlschalter (SW5) enthält, der einen für die Ansteuerung aus einer Anzahl Motoren ausgewählten Motor abhängig von einem externen Schaltsignal mit dem Servocontroller verbindet.