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Die
Erfindung betrifft einen Regler zum Regeln des Antriebs von Servomotoren,
die zum Antreiben der Vorschubachsen von einem Werkzeugmaschinentisch
usw. verwendet werden. Genauer gesagt, betrifft sie einen Servomotorantriebsregler,
mit dem verhindert wird, dass sich auf einer bearbeiteten Oberfläche von
einem Werkstück
bei einem Verfahren zum Bearbeiten des Werkstücks, das auf einem Tisch fixiert
ist, nach Umkehren der Bewegungsrichtung einer Vorschubachse des
Tischs ein Vorsprung bildet.
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Nachdem
bei einer Werkzeugmaschine oder dergleichen die Antriebsrichtung
von einem Servomotor zum Antreiben der Vorschubachse eines Werkzeugmaschinentischs
umgekehrt worden ist, kann der Tisch aufgrund von Spiel einer Vorschubschraube
und Reibung nicht sofort umgekehrt werden. Wird beispielsweise in
ein auf dem Tisch montiertes Werkstück ein Kreisbogen geschnitten,
bildet sich deshalb auf der Kreisbogenschnittfläche des Werkstücks beim
Umkehren der Antriebsrichtung ein Vorsprung.
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Hier
wird vorausgesetzt, dass das auf dem Tisch montierte Werkstück in einer
XY-Koordinatenebene
beweglich ist und im Kreisbogen geschnitten wird, wobei die Kreisbogenmitte
sich am Koordinatenursprung befindet und die X- und Y-Achsen in
positive bzw. negative Richtungen bewegt werden. Es erfolgt eine
Quadrantenänderung,
so dass die Y-Achse weiter in negative Richtung bewegt wird, während sich
die Bewegungsrichtung der X-Achse von positiv nach negativ ändert. Nach
dieser Quadrantenänderung
wird die Y-Achse weiter mit der gleichen Antriebsgeschwindigkeit
angetrieben, wohingegen die X-Achse
versucht, die Bewegungsrichtung zu ändern, wenn die Lageabweichung
auf Null verringert wird und der Drehmomentbefehl klein wird. Aufgrund von
Reibung kann jedoch keine sofortige Umkehr durchgeführt werden.
Aufgrund von Spiel der Vorschubschraube wird zudem die Tischbewegung
in X-Achsenrichtung verzögert,
wird die Bewegungsrichtung der X-Achse umgekehrt. So kommt es zu
einer Verzögerung
bei der Richtungsumkehrung nach Quadrantenänderung, und es bildet sich
ein Vorsprung in der Schneidefläche,
der als Quadrantenvorsprung bezeichnet wird.
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Zur
Verringerung des Quadrantenvorsprungs sind verschiedene Korrekturverfahren
vorgeschlagen worden (siehe zum Beispiel
EP 0666642 .
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Diese
vorgeschlagenen Verfahren nehmen Einstellungen von einem Korrekturwert
vor, der zur Verringerung des Quadrantenvorsprungs addiert wird,
wobei die Ergebnisse der Korrekturen bestätigt werden und erfordern viel
Zeit für
Einstellungen.
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Andere
zuvor vorgeschlagene Arten der Verringerung des Quadrantenvorsprungs
sind beispielsweise offenbart in GB-A-2373066, das einen Servomotorantriebsregler
nach der Präambel
des beigefügten
Anspruchs 1 offenbart, und in EP-A-0 913 749, das die Verwendung
eines lernenden Reglers bei einem Verschiebungsbefehlkorrekturverfahren
sowie ein Servoregelsystem offenbart, bei dem der Verschiebungsbefehl
korrigiert wird.
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Erfindungsgemäß wird ein
Servomotorantriebsregler bereitgestellt, mit dem der Antrieb eines Servomotors
geregelt wird, umfassend: eine Geschwindigkeitsbefehlermittlungseinrichtung
zum Ermitteln und Ausgeben eines Geschwindigkeitsbefehls in jedem
festgelegten Zeitraum auf Basis einer Abweichung zwischen einem
Positionsbefehl von einem Host-Regler und einem Positionsfeedbacksignal von
einem Positionsdetektor; und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren
des von der Geschwindigkeitsbefehlermittlungseinrichtung ausgegebenen Geschwindigkeitsbefehls
auf Basis von Korrekturdaten für
einen festgelegten Zeitraum; gekennzeichnet durch: eine Ermittlungseinrichtung
zum Ermitteln erster Korrekturdaten auf Basis eines Geschwindigkeitsbefehls,
der erhalten wird mittels Durchführen
von Lernregelung auf Basis der Positionsabweichungen für festgelegte
Zeiträume,
die erhalten werden, indem wiederholt ein Antriebselement in einer
festgelegten Region vom Servomotor angetrieben wird, und zum Ermitteln
zweiter Korrekturdaten durch Analyse und funktionale Näherung der
ersten Korrekturdaten; wobei die Korrektureinrichtung derart ausgelegt
ist, dass sie den von der Geschwindigkeitsbefehlermittlungseinrichtung
ausgegebenen Geschwindigkeitsbefehl auf Basis der zweiten Korrekturdaten
für einen
festgelegten Zeitraum korrigiert.
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Die
ersten Korrekturdaten können
als der von der lernenden Regelung erhaltene Geschwindigkeitsbefehl
ermittelt werden. Sie können
durch Subtrahieren eines Differentialwertes des Positionsbefehls
von dem von der lernenden Regelung erhaltenen Geschwindigkeitsbefehl
ermittelt werden.
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Der
Servomotorantriebsregler kann zudem eine Ermittlungseinrichtung
umfassen zum Ermitteln einer Umkehrung des Positionsbefehls. Die
Korrekturdaten können
zuvor für
den festgelegten Zeitraum vom Zeitpunkt der Umkehrung des Positionsbefehls bestimmt
werden, und die Korrektureinrichtung kann den Bewegungsbefehl korrigieren
auf Basis der Korrekturdaten für
den festgelegten Zeitraum von der Umkehrung des Positionsbefehls,
die von der Ermittlungseinrichtung ermittelt wird.
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Der
Servomotorantriebsregler kann mit einem Computer zur Erzeugung der
zweiten Korrekturdaten verbunden werden.
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Bei
einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann der Servomotorantriebsregler eine Ermittlungseinrichtung zum
Ermitteln einer Umkehrung des Positionsbefehls umfassen. Die Korrekturdaten
für den
festgelegten Zeitraum ab der Umkehrung des Positionsbefehls können zuvor
auf Basis einer Ausgabe von einer Umkehrfunktion einer geöffnete-Schleife-Transferfunktion
zur Erzeugung des Drehmomentbefehls aus dem Geschwindigkeitsbefehl
ermittelt werden, wird ein Modell für eine auf einen geregelten
Gegenstand einwirkende Reibung eingegeben. Die Korrekturdaten können durch
Filtern der Ausgabe von der Umkehrfunktion ermittelt werden. Zudem
können
die Korrekturdaten um eine Verzögerungszeit
beim Filtern vorgerückt
werden, wodurch die Verzögerungszeit
kompensiert wird.
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Bei
einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst ein Servomotorantriebsregler:
eine Drehmomentbefehlermittlungseinrichtung zum Ermitteln und Ausgeben
eines Drehmomentbefehls in jedem festgelegten Zeitraum auf Basis
einer Abweichung zwischen einem Geschwindigkeitsbefehl und einem
Geschwindigkeitsfeedbacksignal von einem Geschwindigkeitsdetektor,
wobei der Geschwindigkeitsbefehl erhalten wird auf Basis einer Abweichung
zwischen einem Positionsbefehl von einem Host-Regler und einem Positionsfeedbacksignal von
einem Positionsdetektor; und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren
des von der Drehmomentbefehlermittlungseinrichtung ausgegebenen
Drehmomentbefehls auf Basis von Korrekturdaten für einen festgelegten Zeitraum.
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Auch
in diesem Fall können
die Korrekturdaten unter Verwendung von lernender Regelung zuvor ermittelt
werden. Zum Beispiel können
die Korrekturdaten ermittelt werden, indem die lernende Regelung auf
Basis von Positionsabweichungen für festgelegte Zeiträume durchgeführt wird,
die bei wiederholtem Antreiben eines Antriebselements in einem festgelegten
Bereich durch den Servomotor erhalten werden, so dass ein Drehmomentbefehl
erhalten wird, und indem eine zweite Ableitung des Positionsbefehls
von dem durch die lernende Regelung erhaltenen Drehmomentbefehl
subtrahiert wird. Die Korrekturdaten können durch Analyse von Korrekturdaten ermittelt
werden, die durch die lernende Regelung erhalten werden.
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Der
Servomotorantriebsregler kann zudem eine Ermittlungseinrichtung
umfassen zum Ermitteln einer Umkehrung des Positionsbefehls, und
die Korrekturdaten können
für den
festgelegten Zeitraum von der Umkehrung des Positionsbefehls zuvor
bestimmt werden. Die Korrektureinrichtung kann den Drehmomentbefehl
auf Basis der Korrekturdaten für den
festgelegten Zeitraum von der Umkehrung des Positionsbefehls, die
von der Ermittlungseinrichtung ermittelt wird, korrigieren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt/zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm von einen grundlegenden Teil eines Servomotorantriebsreglers
nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
Blockdiagramm von einen grundlegenden Teil eines Servomotorantriebsreglers
nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ein
Blockschema zur Verdeutlichung einer Anordnung zur Erzeugung von
Geschwindigkeitskorrekturdaten mittels lernender Regelung für die erste
und die zweite Ausführungsform;
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4 ein
Blockschema zur Verdeutlichung einer anderen Anordnung zur Erzeugung
der Geschwindigkeitskorrekturdaten;
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5 eine
Ansicht zur Verdeutlichung einer nicht erfindungsgemäßen Anordnung
zur Gewinnung zweiter Geschwindigkeitskorrekturdaten, indem Rauschen
aus den mit der lernender Regelung erhaltenen Geschwindigkeitskorrekturdaten
beseitigt wird;
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6 eine
Ansicht zur Verdeutlichung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Gewinnung zweiter
Geschwindigkeitskorrekturdaten durch lineare Annäherung der mit der lernenden
Regelung erhaltenen Geschwindigkeitskorrekturdaten;
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7 ein
Blockdiagramm von einer Anordnung zur Analyse gesammelter Geschwindigkeitskorrekturdaten,
wodurch endgültige
Geschwindigkeitskorrekturdaten erhalten werden;
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8 ein
Blockdiagramm von einer Anordnung zur Gewinnung von Geschwindigkeitskorrekturdaten
unter Verwendung eines Reibungsmodells;
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9 ein
Blockdiagramm von einer Anordnung zur Gewinnung von Geschwindigkeitskorrekturdaten,
die kein Rauschen beinhalten, unter Verwendung des Reibungsmodells;
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10 eine
Ansicht zur Erläuterung
standardisierter Geschwindigkeitskorrekturdaten;
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11 eine
Ansicht zur Erläuterung
linear angenäherter
Geschwindigkeitskorrekturdaten;
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12 ein
Fließdiagramm
der Geschwindigkeitskorrekturverarbeitung bei der ersten Ausführungsform;
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13 ein
Fließdiagramm
der Geschwindigkeitskorrekturverarbeitung bei der zweiten Ausführungsform;
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14 ein
Fließdiagramm
einer anderen Geschwindigkeitskorrekturverarbeitung bei der zweiten
Ausführungsform;
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15 ein
Blockdiagramm von einem Servomotorregelsystem nach einer dritten,
nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform,
wobei ein Drehmomentbefehl korrigiert wird, so dass ein Quadrantenvorsprung
verhindert wird;
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16 ein
Blockdiagramm von einem Servomotorregelsystem nach einer vierten,
ebenfalls nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform,
wobei ein Drehmomentbefehl korrigiert wird, so dass ein Quadrantenvorsprung
verhindert wird;
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17 eine
Ansicht zur Erläuterung
einer Anordnung zur Gewinnung von Drehmomentkorrekturdaten bei der
dritten und der vierten Ausführungsform;
und
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18A bis 18E die
Ergebnisse von Experimenten, mit denen die Wirkungen der Erfindung
untersucht wurden.
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Siehe 1:
Ein Servomotorantriebsregler nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung umfasst einen Subtraktor 1 zum Ermitteln
einer Positionsabweichung, indem ein Positionsfeedbacksignal von
einem Positionsbefehl subtrahiert wird. Das Positionsfeedbacksignal
gibt eine tatsächliche
Position an von einem Servomotor, der als geregeltes Objekt 5 dient,
oder einem beweglichen Teil, wie einem Tisch, der von dem Servomotor
angetrieben wird. Der Positionsbefehl wird von einem Host-Regler,
wie einer numerischen Steuerung, geliefert. Der Antriebsregler umfasst
zudem einen Multiplikator 2 zum Ermitteln eines Geschwindigkeitsbefehls
durch Multiplizieren der Positionsabweichung mit einer Positionsverstärkung Kp
sowie einen Addierer 3 zum Ermitteln eines korrigierten
Geschwindigkeitsbefehls durch Addieren eines Korrekturwertes, der
aus zuvor in einer Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 eingestellten
Korrekturdaten bestimmt wird, zu dem Geschwindigkeitsbefehl. Der
als geregelter Gegenstand 5 dienende Servomotor wird anhand
des korrigierten Geschwindigkeitsbefehls angetrieben. Die Bezugszahl 6 bezeichnet
einen Positionsermittlungsabschnitt zum Ermitteln einer tatsächlichen
Position des geregelten Gegenstands 5 durch Integrieren
eines Geschwindigkeitsfeedbacksignals, das von einem Geschwindigkeitsdetektor
geliefert wird, der an dem geregelten Gegenstand 5 befestigt
ist.
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Siehe 2:
Ein Servomotorantriebsregler nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich darin von der ersten Ausführungsform,
dass er eine Positionsbefehlunkehrermittlungseinrichtung 7 umfasst
zum Ermitteln einer Umkehrung des Vorzeichens des Positionsbefehls
und zum Ausgeben eines Korrekturstartbefehls an die Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4.
Als Reaktion auf den Korrekturstartbefehl addiert die Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 einen
Korrekturwert, der auf Basis der Geschwindigkeitsbefehldaten ermittelt wird,
zu einem Geschwindigkeitsbefehl, bis ein festgelegter Zeitraum von
der Ausgabe des Korrekturstartbefehls verstrichen ist, wodurch ein korrigierter Geschwindigkeitsbefehl
ermittelt wird, mit dem der Antrieb des geregelten Gegenstands 5 geregelt
wird.
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3 und 4 zeigen,
wie die Geschwindigkeitskorrekturdaten erzeugt werden, die in der
Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 gespeichert werden
sollen.
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Siehe 3:
Bei diesem Korrekturdatenerstellungsverfahren erfolgt eine lernend
Regelung mithilfe eines lernenden Reglers 10, der im Positionsschleifenregelsystem
des Reglers zusätzlich
bereitgestellt wird, wodurch ein Geschwindigkeitsbefehl erhalten
wird, der in der Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 als
Geschwindigkeitskorrekturdaten eingestellt werden muss. Genauer
gesagt, wird eine Positionsabweichung vom Subtraktor 1 ermittelt,
indem das Positionsfeedbacksignal, das eine tatsächliche Position des geregelten
Gegenstands 5 angibt, von einem Positionsbefehl subtrahiert
wird, den der Host-Regler
liefert. Die Positionsabweichung wird in dem lernenden Regler 10 gespeichert.
Der lernende Regler 10 ermittelt einen Korrekturwert auf
Basis der einen Zeitraum alten Positionsabweichung. Der Addierer 11 addiert
den Korrekturwert zu der Positionsabweichung und bestimmt so eine
korrigierte Positionsabweichung. Der Multiplikator 2 multipliziert
die korrigierte Positionsabweichung mit einer Positionsverstärkung Kp,
wodurch ein Geschwindigkeitsbefehl ermittelt wird, der zur Regelung
des Antriebs von dem geregelten Gegenstand 5 verwendet
wird.
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Der
lernende Regler 10 kann bekannt sein und einen Speicherabschnitt
zum Speichern von Datenstücken
umfassen. Diese geben Positionsabweichungen an, die ermittelt werden
in Zeitabständen von
einem festgelegten Zyklus in einem Zeitraum, für den Ein-Muster-Positionsbefehle
ausgegeben werden, wird der Positionsbefehl wiederholt in einem Muster
ausgegeben, damit Werkstücke
in die gleiche Form gearbeitet werden. Der lernende Regler 10 addiert
die gegenwärtig
ermittelte Positionsabweichung und die gespeicherten Daten, die
die ein Muster alte Positionsabweichung anzeigen. Die erhaltene
Summe wird zuerst gefiltert und dann als Daten für den gegenwärtigen Zeitraum
gespeichert. Die gespeicherten, ein Muster alten Daten werden einer
Verarbeitung zur Kompensation dynamischer Eigenschaften unterworfen
und dann ausgegeben, damit sie zu der Positionsabweichung addiert
werden. Wiederholen der oben beschriebenen Lernregelung lässt bekanntlich
die Positionsabweichung auf Null konvergieren.
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Die
Positionsabweichung konvergiert genauer gesagt auf Null, wird wiederholt
ein Satz von Anweisungen zur Bearbeitung eine festgelegten Zone ausgeführt, in
der sich ein Quadrantenvorsprung bilden kann. Dabei wird die oben
beschriebene lernende Regelung durchgeführt. Nachdem die Positionsabweichung
auf Null konvergiert ist, korrigiert der lernende Regler 10 die
Positionsabweichung. Dann wird die korrigierte Positionsabwei chung
mit der Positionsverstärkung
Kp multipliziert, wodurch ein Geschwindigkeitsbefehl ermittelt wird,
der als Geschwindigkeitskorrekturdaten für die Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 verwendet
wird. Die Geschwindigkeitskorrekturdaten können als Geschwindigkeitsbefehl
betrachtet werden, mit dem sehr genaue Bearbeitung erfolgen kann.
Die Korrektur, d.h. die Addition der Geschwindigkeitskorrekturdaten zum
Geschwindigkeitsbefehl kann ähnliche
Effekte erzielen, wie sie mit einer Feed-forward-Regelung erhalten
werden können.
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Bei
einer Feed-forward-Regelung wird die Ableitung des Positionsbefehls
zu dem Geschwindigkeitsbefehl addiert. So wird eine Verzögerung in
der Positionsregelung kompensiert, die auf eine Positionsverstärkung zurückzuführen ist,
so dass die Positionsabweichung nahezu Null wird. Mit der Feed-forward-Regelung
kann die Ableitung des Positionsbefehls nur als idealer Geschwindigkeitsbefehl
dienen, wenn das Geschwindigkeitsregelsystem des Reglers über angemessene
Folgeeigenschaften verfügt.
Wird der geregelte Gegenstand stark von Spiel beeinflusst, kommt
es zu einer schnellen Änderung
im zusätzlichen
Drehmoment nach Richtungsänderung,
so dass es schwierig ist, angemessene Folgeeigenschaften zu erreichen.
Dadurch entsteht die Positionsabweichung (der Quadrantenvorsprung).
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Die
lernende Regelung kann bewirken, dass die Bildung eines Quadrantenvorsprungs
ausreichend unterdrückt
wird, auch wenn die Folgeleistung des Geschwindigkeitsregelsystems
nicht ausreicht. Somit kann der Geschwindigkeitsbefehl, der vor
seiner Ausgabe der Lernregelung unterliegt, praktisch als idealer
Geschwindigkeitsbefehl betrachtet werden, der besser ist als derjenige,
der mit der herkömmlichen
Feed-forward-Regelung
erhältlich
ist. Die Geschwindigkeitskorrekturdaten, mit dem in 3 gezeigten
Verfahren erhalten werden, entsprechen dem idealen Geschwindigkeitsbefehl.
Daher kann bei Verwendung des Geschwindigkeitsbefehls, der mit den
Geschwindigkeitskorrekturdaten bei Zeitgebung in Phase mit der lernenden
Regelung korrigiert wurde, die Bearbeitung mit hoher Formgenauigkeit
durchgeführt
werden.
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Das
Blockschema in 4 erläutert ein anderes Verfahren
zum Erhalten von Korrekturdaten. Das in 4 gezeigte
Beispiel hat mit dem in 3 dargestellten Beispiel gemeinsam,
das der wiederholt in dem gleichen Muster angewiesene Positionsbefehl
der Lernregelung durch den lernenden Regler 10 unterworfen
wird. Anders ist, dass es ein Differenzierelement 13 umfasst
zum Ableiten des Positionsbefehls, wodurch eine befohlene Geschwindigkeit
erhalten wird, und einen Subtraktor 12 zum Ermitteln einer
Geschwindigkeitsdifferenz, indem die befohlene Geschwindigkeit von
einem Geschwindigkeitsbefehl subtrahiert wird, der erhalten wird
durch Multiplizieren der korrigierten Positi onsabweichung, die mit der
lernenden Regelung erhalten wird, mit der Positionsverstärkung Kp.
Nachdem die Positionsabweichung von der lernenden Regelung auf Null
konvergiert worden ist, subtrahiert der Subtraktor 12 die
befohlene Geschwindigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl und bestimmt
so die Geschwindigkeitsdifferenz, die als Geschwindigkeitskorrekturdaten
für die Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 verwendet werden
soll.
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Bei
dem in 4 gezeigten Verfahren wird die Ableitung des Positionsbefehls,
die der geregelten Variablen bei der Feed-forward-Regelung entspricht,
von dem Geschwindigkeitsbefehl subtrahiert, der von der lernenden
Regelung erhalten wird. Dadurch wird eine störungskompensierende Komponente
des von der lernenden Regelung erhaltenen Geschwindigkeitsbefehls
gesammelt. Von der störungskompensierenden
Komponente (Daten), die nach der Umkehrung des Vorzeichens des Positionsbefehls
gesammelt wird, kann angenommen werden, dass sie den durch Spiel
verursachten Quadrantenvorsprung korrigieren kann. So kann die auf
Basis solcher Daten erhaltene Geschwindigkeitskorrektur für eine optimale
Korrektur des Quadrantenvorsprungs verwendet werden.
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Die
Geschwindigkeitskorrekturdaten, die wie oben beschrieben erhalten
werden, können
als solche verwendet werden. Die so erhaltenen Korrekturdaten beinhalten
jedoch Rauschen. Daher ist bevorzugt, dass zweite Korrekturdaten
zur Beseitigung von Rauschen erzeugt werden.
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5 zeigt
ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren
zur Gewinnung der zweiten Korrekturdaten. Dabei steht die Bezugszahl 20 für Geschwindigkeitskorrekturdaten,
die gesammelt werden in einer Zone, in der sich die Bewegungsrichtung ändert, und unter
derartigen Bedingungen, dass die Positionsabweichung mithilfe der
lernenden Regelung auf Null konvergiert wird. Diese Geschwindigkeitskorrekturdaten 20 sind
als Beispiel für
Daten dargestellt, die aus einer Differenz zwischen der in 4 gezeigten befohlenen
Geschwindigkeit und dem tatsächlichen Geschwindigkeitsbefehl
bestimmt werden. 5 zeigt die gesammelten Korrekturdaten:
Zeit und Geschwindigkeitskorrekturdaten werde entlang der Abszisse
bzw. der Ordinate aufgetragen, und die von oben links nach unten
rechts verlaufende Gerade stellt den Geschwindigkeitsbefehl dar.
Die Korrekturdaten enthalten Rauschen, und man erhält einen
großen
Geschwindigkeitsunterschied bei Änderung
der Bewegungsrichtung. Die gesammelten Korrekturdaten werden einem
Filter 21 zugeführt,
der ihre Rauschen-Komponenten entfernt, so dass die in 22 gezeigten
zweiten Korrekturdaten erhalten werden.
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Siehe 6:
Erfindungsgemäß können die gesammelten
Korrekturdaten 20 analysiert werden, wodurch die zweiten
Geschwindigkeitskorrekturdaten erhalten werden, die linear angenähert werden, wie
in 23 gezeigt.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsform verwendet Geschwindigkeitskorrekturdaten
in Bezug auf Ein-Muster-Bewegungsbefehle. Dabei können die
Ein-Muster-Bewegungsbefehle
gesammelt und dann als Geschwindigkeitskorrekturdaten in der Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 eingestellt
werden. Ersatzweise können
Bewegungsbefehle in einer Zone, in der sich das Vorzeichen des Bewegungsbefehls
umkehrt, gesammelt und wie oben beschrieben analysiert werden. So
werden analysierte Daten erhalten. Für andere Zonen können Stelldaten
erhalten werden, die aus gesammelten Bewegungsbefehlen oder Nullkomponenten
bestehen. Dann können
zweite Geschwindigkeitskorrekturdaten, die die analysierten Daten
umfassen, und die Stelldaten in der Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 eingestellt
werden.
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Die
Ausführungsform
der 2 verwendet Geschwindigkeitskorrekturdaten in
Bezug auf eine festgelegte Zone, in der das Vorzeichen des Positionsbefehls
umgekehrt wird. Dabei werden Positionsbefehle in der festgelegten
Zone gesammelt und als Geschwindigkeitskorrekturdaten in der Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 gespeichert.
Ersatzweise werden die in der festgelegten Zone gesammelten Geschwindigkeitskorrekturdaten
analysiert und als zweite Geschwindigkeitskorrekturdaten in der
Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 gespeichert.
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Siehe 7:
Zur Gewinnung der zweiten Korrekturdaten 22 oder 23 erfolgt
eine Analyse mit einem Host-Regler 30 oder einem externen
Computer 31. Bei dem in 7 dargestellten
Beispiel werden die gesammelten Korrekturdaten, die mit dem in 4 gezeigten
Verfahren erhalten werden, an den Host-Regler 30, wie eine
numerische Steuerung, übermittelt.
Vom Host-Regler 30 werden sie an den Computer 31 übermittelt,
der das Filtern oder die lineare Annäherung durchführt und
so die zweiten Korrekturdaten 22 oder 23 herstellt.
Siehe 11: Wird lineare Annäherung durchgeführt, enthalten
die Korrekturdaten zumindest Korrekturwerte (zum Beispiel A0, A1
und A2) an Start- und Endpunkten einer Näherungsgerade sowie verstrichene
Zeiten (zum Beispiel t1, t2 und t3) an diesen Punkten, die vom Beginn
der Korrektur gemessen werden. Siehe 10: Wird
keine lineare Näherung
durchgeführt,
werden die Korrekturdaten dagegen standardisiert, wobei ein maximaler
Korrekturwert auf 1 gesetzt wird und der Zeitraum vom Beginn bis
zum Ende der Korrektur auf 1 gesetzt wird. Dann werden die linear
angenäherten oder
standardisierten Korrekturdaten, d.h. die zweiten Korrekturdaten,
vom Computer 31 durch den Host-Regler 30 an den
Servomotorantriebsregler übermittelt
und in der Geschwindig keits-Offseteinrichtung 4 eingestellt.
Die zweiten Korrekturdaten können
im Host-Regler 30 erzeugt werden.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
werden die Korrekturdaten aus dem Geschwindigkeitsbefehl ermittelt,
der von der lernenden Regelung erhalten wird. Ersatzweise können die
Korrekturdaten nicht erfindungsgemäß mithilfe eines Reibungsmodells
zu dem Zeitpunkt, an dem die Bewegungsrichtung geändert wird,
ermittelt werden. Siehe 8: 32 zeigt ein Beispiel
für das
Reibungsmodell, wobei Zeit und Reibungskraft entlang der Abszisse
bzw. der Ordinate aufgetragen werden. Die Geschwindigkeitskorrekturdaten 24 werden
erhalten durch Multiplizieren einer Ausgabe von dem Modell 32 mit
einer Umkehrfunktion 33 einer geöffnete-Schleife-Transferfunktion
des Systems zur Erzeugung des Drehmomentbefehls aus dem Geschwindigkeitsbefehl.
Umfasst der Regler einen Geschwindigkeitsregler zur Durchführung einer
Geschwindigkeitsschleifenregelverarbeitung zur Ermittlung eines Drehmomentbefehls
(wie einen Geschwindigkeitsregler, der später noch beschrieben wird und
in 15 dargestellt ist, zur Durchführung von Geschwindigkeitsschleifenregelverarbeitung
an einem Geschwindigkeitsbefehl, der vom Geschwindigkeitsschleifensystem
geliefert wird), werden die geöffnete-Schleife-Transferfunktion
(die Transferfunktion des Geschwindigkeitsregler) und ihre Umkehrfunktion
durch Cv(S) bzw. Cv(S)–1 dargestellt.
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Die
unter Verwendung des Reibungsmodells und der Umkehrfunktion des
Geschwindigkeitsreglers ermittelten Geschwindigkeitskorrekturdaten
beinhalten Hochfrequenzkomponenten, bei denen befürchtet werden
muss, dass sich der Korrekturwert durch Verlängerung des Geschwindigkeitsbefehls,
zu dem der Korrekturwert addiert wird, abrupt ändert. Siehe 9:
Die Hochfrequenzkomponenten können
mit einem Filter 34 entfernt werden, wodurch Korrekturdaten 25 mit
einer Frequenzzone erhalten werden, zu der die Geschwindigkeitsregelung
folgen kann. In diesem Fall wird eine Zeitverzögerung in den gefilterten Korrekturdaten
erzeugt. Wird zum Beispiel ein Filter 34 verwendet, der
einen Filter erster Ordnung umfasst, dessen Transferfunktion mit
1/(TS + 1) dargestellt wird, wird die Verzögerungszeit als gleich mit
der Anstiegszeit T betrachtet oder wird beispielsweise ermittelt
oder abgeschätzt
durch Berechnen einer Phasenverzögerung
bei der maximalen Amplitude der Eingabewellenform an den Filter 34,
die mittels Frequenzanalyse bestimmt wird. Umfasst der Filter 34 einen
FIR-Filter der M-ten Ordnung, wird eine Verzögerung verursacht, die etwa
M/2 Mal so lang wie die Abtastzeit ist. Diese Verzögerung wird
dann als Verzögerungszeit
verwendet. Die Geschwindigkeitskorrekturdaten werden in der Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 eingestellt,
wobei die Korrektur daten mit der Verzögerungszeit vorgerückt werden,
die wie oben beschrieben ermittelt wird.
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Die
Geschwindigkeitskorrekturdaten werden analysiert, so dass die in 11 gezeigten
linear angenäherten
Korrekturdaten oder die in 10 gezeigten
standardisierten Korrekturdaten erhalten werden. Diese Geschwindigkeitskorrekturdaten
werden von dem Host-Regler 30 oder dem externen Computer
erzeugt und von dort an den Servomotorantriebsregler gesendet, damit
sie in der Vorschubgeschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 eingesellt
werden.
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12 zeigt
ein Fließschema
von einer Geschwindigkeitskorrekturverarbeitung, die in 1 dargestellt
ist und von einem Prozessor des Servomotorantriebsreglers unter
Verwendung der oben genannten Korrekturdaten durchgeführt wird.
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Der
Prozessor des Reglers führt
die in 12 dargestellte Verarbeitung
in jedem Positionsschleifenverarbeitungszeitraum aus.
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Zunächst wird
eine Positionsabweichung auf Basis eines vom Host-Regler gelieferten
Positionsbefehls und eines Positionsfeedbacksignals ermittelt. Die
Positionsabweichung wird mit der Positionsverstärkung Kp multipliziert, wodurch
der Geschwindigkeitsbefehl Vc ermittelt wird (Schritt 100).
Als nächstes
wird ermittelt, ob ein Kennzeichen F auf 1 eingestellt ist (101).
Wenn nicht, wird ermittelt, ob ein Korrekturdatenlesebefehl eingegeben
wird (Schritt 102). Ist dieser Befehl nicht eingegeben
worden, geht der Ablauf zu Schritt 109 über, der den im Schritt 100 ermittelten
Geschwindigkeitsbefehl Vc an die anschließende Geschwindigkeitsschleifenregelverarbeitung übermittelt.
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Wird
der Korrekturdatenlesebefehl eingegeben, wird ein Zähler C gelöscht und
das Kennzeichen F auf 1 gesetzt (Schritt 103). Dann wird
der Zähler
C um 1 erhöht
(Schritt 104), und Geschwindigkeitskorrekturdaten, die
einem im Zähler
C gespeicherten Wert entsprechen und als Korrekturwert A dienen, werden
aus einem Speicherabschnitt gelesen, in dem Geschwindigkeitskorrekturdatenstücke gespeichert
sind (Schritt 105). Der Korrekturwert A wird zu dem im
Schritt 100 ermittelten Geschwindigkeitsbefehl Vc hinzuaddiert.
Dadurch wird ein korrigierter Geschwindigkeitsbefehl Vc erhalten
(Schritt 106). Dann erfolgt eine Ermittlung, ob der Zählerwert
einen voreingestellten Wert C0 erreicht, der das Ende einer Zone
anzeigt, in der der Geschwindigkeitsbefehl korrigiert werden soll
(Schritt 107). Ist der voreingestellte Wert C0 nicht erreicht,
geht der Ablauf zum Schritt 109 über, der den korrigierten Geschwindigkeitsbefehl
Vc ausgibt.
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Im
nächsten
und in den folgenden Zeiträumen,
vor denen das Kennzeichen F auf 1 gesetzt wurde, geht der Ablauf
nach Beendigung der Positionsschleifenverarbeitung zur Ermittlung
des Geschwindigkeitsbefehls Vc im Schritt 100 von Schritt 101 bis
zum Schritt 104 weiter. Danach wird die Verarbeitung in
den Schritten 104–109 durchgeführt, so dass
der mit der Positionsschleifenverarbeitung ermittelte Geschwindigkeitsbefehl
Vc unter Verwendung der Geschwindigkeitskorrekturdaten korrigiert wird,
die in der Geschwindigkeits-Offseteinrichtung gespeichert sind.
Der korrigierte Geschwindigkeitsbefehl Vc dient als Geschwindigkeitsbefehl
für die nächste Geschwindigkeitsschleifenverarbeitung
usw.
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Die
oben genannte Geschwindigkeitsbefehlkorrektur wird in jedem Positionsschleifenverarbeitungszeitraum
ausgeführt.
Erreicht der Wert im Zähler
C den voreingestellten Wert C0 (Schritt 107), wird dann
das Kennzeichen F wieder auf 0 gesetzt (Schritt 108), und
der Ablauf geht zum Schritt 109. Im nächsten und in den anschließenden Zeiträumen, in
denen das Kennzeichen F nicht 1 ist, wird die Verarbeitung der Schritte 100–102 und 109 wiederholt
durchgeführt,
bis wieder der Korrekturdatenlesebefehl eingegeben wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
erfolgt die Geschwindigkeitsbefehlkorrektur auf Basis von Geschwindigkeitskorrekturdaten über die
festgelegte Zone von da an, wenn der Korrekturdatenlesebefehl eingegeben
wird. Dadurch wird die Bildung eines Quadrantenvorsprungs unterdrückt und
eine sehr genaue Bearbeitung erhalten.
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13 zeigt
ein Fließschema
von einer Verarbeitung, die von dem Prozessor des Servomotorantriebsreglers
durchgeführt
wird, wobei die in 2 dargestellte Ausführungsform
des Verfahrens erhalten wird. Bei dem in 13 gezeigten
Beispiel werden die Korrekturdaten, die auf eine Bewegungsrichtungumkehrzone
standardisiert sind, wie in 10 gezeigt,
als Geschwindigkeitskorrekturdaten verwendet.
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Zuerst
wird die Positionsschleifenverarbeitung zur Ermittlung eines Geschwindigkeitsbefehls Vc
durchgeführt
(Schritt 200). Genauer gesagt, wird der Geschwindigkeitsbefehl
Vc ermittelt durch Bestimmung einer Positionsabweichung zwischen
einem Positionsbefehl und einem Positionsfeedbacksignal sowie durch
Multiplizieren der Positionsabweichung wird mit einer Positionsverstärkung. Als nächstes wird
ermittelt, ob ein Kennzeichen F auf 1 eingestellt ist (201).
Wenn nicht, wird zudem ermittelt, ob sich das Vorzeichen des von
dem Host-Regler gelieferten Positionsbefehls, die Bewegungsrichtung, umgekehrt
hat (Schritt 202). Hat sich das Vorzeichen oder die Richtung
nicht umgekehrt, geht der Ablauf zu Schritt 211 über, der
den im Schritt 200 ermittelten Geschwindigkeitsbefehl Vc
an die nächste
Verarbeitung (Geschwindigkeitsschleifenverarbeitung) übermittelt.
-
Wird
dagegen im Schritt 202 ermittelt, dass sich das Vorzeichen
des Positionsbefehls von dem Host-Regler und infolgedessen der Quadrant,
zu dem die Bearbeitungsposition gehört, umgekehrt hat, erfolgt
eine weitere Ermittlung, ob der durch die Positions schleifenverarbeitung
im Schritt 200 ermittelte Geschwindigkeitsbefehl kleiner
als eine voreingestellte Geschwindigkeit V0 ist (Schritt 204).
Wenn nicht, geht der Ablauf zum Schritt 210 über. Ist
der Geschwindigkeitsbefehl kleiner als der voreingestellte Wert
V0, wird das Kennzeichen F auf 1 gesetzt (Schritt 205)
und der Zähler
C zurückgesetzt
(Schritt 206).
-
Dann
wird der Zähler
C um 1 erhöht
(Schritt 207), und ein Korrekturwert A wird ermittelt durch Multiplizieren
von einem Wert von Geschwindigkeitskorrekturdaten, die dem Wert
im Zähler
C entsprechen, mit einem Proportionalitätskoeffizienten A0. Der Der
Korrekturwert A wird zu dem im Schritt 200 ermittelten
Geschwindigkeitsbefehl Vc hinzuaddiert. Dadurch wird ein neuer korrigierter
Geschwindigkeitsbefehl erhalten (Schritt 208).
-
Dann
erfolgt eine Ermittlung, ob der Wert im Zähler C gleich oder größer als
ein Wert C0 ist, der voreingestellt wird und einem Korrekturzeitraum
entspricht (Schritt 209), wobei der voreingestellte Wert C0
die Anzahl an Positionsschleifenverarbeitungszeiträumen angibt,
die im Korrekturzeitraum enthalten sind. Erreicht der Zählerwert
nicht den voreingestellten Wert C0, geht der Ablauf zum Schritt 211 über, der
den im Schritt 208 erhaltenen korrigierten Geschwindigkeitsbefehl
Vc liefert.
-
Im
nächsten
und in den folgenden Zeiträumen,
vor denen das Kennzeichen F auf 1 gesetzt wurde, geht der Ablauf
von Schritt 201 bis zum Schritt 207 weiter und
ermittelt einen Korrekturwert A, der zu dem Geschwindigkeitsbefehl
addiert wird, der von der Positionsschleifenverarbeitung erhalten
wird. So wird ein korrigierter Geschwindigkeitsbefehl erhalten und
ausgegeben. Danach wird die Verarbeitung in den Schritten 200, 201, 207–209 und 211 wiederholt durchgeführt, so
dass ein korrigierter Geschwindigkeitsbefehl erhalten wird durch
Addieren eines Korrekturwerts, der auf Basis von Korrekturdaten
erhalten wird, zu einem mit der Positionsschleifenverarbeitung ermittelten
Geschwindigkeitsbefehl. Erreicht der Wert im Zähler C den voreingestellten
Wert C0, geht dann der Ablauf vom Schritt 209 zu Schritt 210, der
das Kennzeichen F auf 0 setzt, und geht dann zum Schritt 211,
der den im Schritt 208 erhaltenen korrigierten Geschwindigkeitsbefehl
ausgibt.
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Im
nächsten
und in den anschließenden
Zeiträumen,
in denen der Ablauf von Schritt 201 zu Schritt 202 übergeht,
weil das Kennzeichen F auf 0 zurückgesetzt
wurde, wird die oben beschriebene Verarbeitung durchgeführt, in
der die Geschwindigkeitsbefehlkorrektur auf Basis von Geschwindigkeitskorrekturdaten
für die
festgelegte Zone erfolgt, nachdem der Geschwindigkeitsbefehl im
Anschluss an die Umkehrung des Vorzeichens des Positionsbefehls oder
des Bewegungsrichtungsbefehls kleiner als der festge legte Wert wird.
So besteht weniger Befürchtung,
dass sich nach Quadrantenänderung
ein Vorsprung bildet.
-
Die
in 13 dargestellte Verarbeitung wird durchgeführt, sind
die in 10 gezeigten Korrekturdaten
im Speicher (in der Geschwindigkeits-Offseteinrichtung) des Servomotorantriebsreglers
gespeichert. Bei den in 11 gezeigten
linear angenäherten
Daten, die in dem Speicher gespeichert sind, der als Geschwindigkeits-Offseteinrichtung
dient, erfolgt die in 14 dargestellte Verarbeitung,
bei der die Verarbeitung der Schritte 300–305 durchgeführt wird, die
gleich derjenigen der Schritte 200–205 der 13 ist.
Dann wird die Verarbeitung der Schritte 306–315 durchgeführt, die
anders ist als diejenige der Schritte 206–211.
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Genauer
gesagt, erfolgt die Verarbeitung der Schritte 300–304 und 315 in
jedem Positionsschleifenverarbeitungszeitraum, bevor sich das Vorzeichen des
Positionsbefehls umkehrt und der Geschwindigkeitsbefehl Vc kleiner
wird als der festgelegte Wert V0. So wird der durch normale Positionsschleifenverarbeitung
(Schritt 300) ermittelte Geschwindigkeitsbefehl Vc ausgegeben.
Kehrt sich dagegen das Vorzeichen des Positionsbefehls um und wird
der Geschwindigkeitsbefehl Vc kleiner als der festgelegte Wert V0,
so dass man in einen Bewegungspositionsbereich kommt, in dem sich
der Bearbeitungsquadrant ändert,
veranlasst der Reglerprozessor, dass ein Zeitgeber t zurückgesetzt
und neu gestartet wird (Schritt 306). Er bestimmt, ob ein
vom Zeitgeber t gemessener Zeitraum gleich oder kleiner als eine
erste voreingestellte Zeit t1 ist, die zuvor als Geschwindigkeitskorrekturdaten
gespeichert wurde (Schritt 307). Ist die gemessene Zeit
t gleich oder kleiner als die voreingestellte Zeit t1, wird ein
gespeicherter Korrekturwert A0, der der voreingestellten Zeit t1
entspricht, mit einem Zeitverhältnis
t/t1 multipliziert, wodurch ein Korrekturwert A ermittelt wird.
Ein korrigierter Geschwindigkeitsbefehl wird ermittelt durch Addieren des
Korrekturwertes A zu dem im Schritt 300 ermittelten Geschwindigkeitsbefehl
Vc (Schritt 308).
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Liegt
die gemessene Zeit t, der vom Zeitgeber t gemessene Zeitraum, zwischen
einer ersten und einer zweiten voreingestellten Zeit t1 und t2,
d.h. gilt die Beziehung t1 < t ≤ t2, (Schritt 309),
wird ein Korrekturwert A durch Interpolation auf Basis der gespeicherten
Korrekturwerte A0 und A1, die der ersten bzw. zweiten voreingestellten
Zeit entsprechen, gemäß der folgenden
Formel ermittelt: A = A0 + (A1 – A0) × (t – t1)/(t2 – t1)
-
Der
Korrekturwert A wird zu dem im Schritt 300 erhaltenen Geschwindigkeitsbefehl
Vc addiert, wodurch ein korrigierter Geschwindigkeitsbefehl ermittelt
wird (Schritt 310).
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Wird
im Schritt 311 festgestellt, dass die gemessene Zeit t
zwischen der zweiten und der dritten voreingestellten Zeit t2 und
t3 liegt (t2 < t ≤ t3), wird ein
Korrekturwert A durch Interpolation auf Basis von Korrekturwerten
A2 bzw. A3, die den voreingestellten Zeiten t2, t3 entsprechen,
gemäß der folgenden
Formel ermittelt: A = A1 + (A2 – A1) × (t – t2)/(t3 – t2)
-
Der
Korrekturwert A wird dann zu dem im Schritt 300 erhaltenen
Geschwindigkeitsbefehl Vc addiert, wodurch ein korrigierter Geschwindigkeitsbefehl
ermittelt wird (Schritt 312).
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Im
Schritt 315 wird der korrigierte Geschwindigkeitsbefehl
an die nächste
Verarbeitung (wie Geschwindigkeitsschleifenverarbeitung oder elektrischer-Strom-Schleifenverarbeitung)
weitergegeben.
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Übersteigt
die gemessene Zeit t die dritte voreingestellte Zeit t3, die das
Ende des Korrekturzeitraums anzeigt (Schritt 313), wird
das Kennzeichen F auf 0 zurückgesetzt
(Schritt 314), und der Ablauf geht zum Schritt 315.
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Wie
oben beschrieben, wird bei Änderung des
Quadranten der Bearbeitungsposition der Geschwindigkeitsbefehl auf
Basis von Korrekturdaten korrigiert, so dass der Quadrantenvorsprung
verhindert wird.
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Bei
den erfindungsgemäßen Ausführungsformen
wird der Quadrantenvorsprung durch Korrektur des Geschwindigkeitsbefehls
verhindert. Es ist aber auch möglich,
den Quadrantenvorsprung durch Korrektur des Drehmomentbefehls zu
verhindern. Dies ist zwar nicht erfindungsgemäß, aber der Vollständigkeit
halber werden hier Einzelheiten beschrieben und veranschaulicht.
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15 zeigt
ein Blockdiagramm von einem Servomotorregelsystem nach einer dritten
Ausführungsform,
wobei zur Verhinderung des Quadrantenvorsprungs der Drehmomentbefehl
korrigiert wird. Die in 15 gezeigte
dritte Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 1 dargestellten
Ausführungsform
darin, dass ein Geschwindigkeitsregler 14 zusätzlich bereitgestellt
wird. Anstelle der Geschwindigkeits-Offseteinrichtung 4 ist eine
Drehmoment-Offseteinrichtung 15 zum Addieren eines Drehmomentkorrekturwertes
zu einem von dem Geschwindigkeitsregler ausgegebenen Drehmomentbefehl
bereitgestellt.
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Genauer
gesagt, wird eine Positionsabweichung von dem Subtraktor 1 ermittelt,
wobei von einem Positionsbefehl, den der Host-Regler liefert, ein Positionsfeedbacksignal
subtrahiert wird, das eine tatsächliche
Position von dem Servomotor, der als der geregelte Gegenstand 5 dient,
oder einem von dem Servomotor angetriebenen beweglichen Teil von einem
Tisch usw. angibt. Die Positionsabweichung wird im Multiplikator 2 mit
der Positionsverstärkung Kp
multipliziert. So wird ein Geschwindigkeitsbefehl ermittelt, von
dem im Subtraktor 16 ein Geschwindigkeitsfeedbacksignal
subtrahiert wird, so dass eine Geschwindigkeitsabweichung ermittelt
wird, die an den Geschwindigkeitsregler 14 übermittelt
wird, in dem die Geschwindigkeitsabweichung einer PI-(Proportional-Integral-)Regelung
usw. unterworfen wird. Dadurch wird ein Drehmomentbefehl ermittelt,
wohingegen ein Drehmomentkorrekturwert ermittelt wird aus Drehmomentkorrekturdaten,
die zuvor in der Drehmoment-Offseteinrichtung 15 eingestellt
werden. Der Drehmomentkorrekturwert wird zu dem Drehmomentbefehl
addiert, wodurch ein korrigierter Drehmomentbefehl ermittelt wird,
mit dem der als geregelter Gegenstand 5 dienende Servomotor
angetrieben wird. Dadurch wird der Quadrantenvorsprung verhindert.
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Das
Blockdiagramm in 16 zeigt eine vierte Ausführungsform,
die sich von der in 15 gezeigten dritten Ausführungsform
darin unterscheidet, dass eine Umkehrermittelungseinrichtung 7 bereitgestellt
ist, die eine Umkehrung von dem Vorzeichen des Positionsbefehls
ermittelt und einen Korrekturstartbefehl an die Drehmoment-Offseteinrichtung 15 ausgibt.
Bis ein festgelegter Zeitraum von der Ausgabe des Korrekturstartbefehls
durch die Umkehrermittelungseinrichtung 7 verstrichen ist,
wird zu dem Drehmomentbefehl ein Drehmomentkorrekturwert addiert,
der auf Basis der voreingestellten Drehmomentkorrekturdaten bestimmt
wird. So wird ein korrigierter Drehmomentbefehl ermittelt, mit dem
der Antrieb des Servomotors geregelt wird, der als geregelter Gegenstand
dient.
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Das
Blockdiagramm in 17 zeigt ein Verfahren zur Erzeugung
der Drehmomentkorrekturdaten, das sich von dem in 4 gezeigten
Verfahren zur Bestimmung des Geschwindigkeitskorrekturwertes darin
unterscheidet, dass zusätzlich
ein Geschwindigkeitsregler 14 bereitgestellt ist und anstelle des
Ableitungselementes 13 zum Ableiten des Positionsbefehls
ein zweite-Ableitungselement 18 verwendet wird, mit dem
der Positionsbefehl einer zweiten Ableitung zur Ermittlung der Beschleunigung
unterzogen wird. Wie bei den in 3 und 4 gezeigten
Ausführungsformen,
umfasst der lernende Regler 10 einen Speicherabschnitt
zum Speichern von Datenstücken,
die Positionsabweichungen entsprechen, die in Zeitabständen von
einem festgelegten Zeitraum für
einen Zeitraum ermittelt werden, in dem Ein-Muster-Positionsbefehle
ausgegeben werden. Die im ge genwärtigen
Zeitraum ermittelte Positionsabweichung wird zu Daten addiert, die
auf Basis einer ein Muster alten Positionsabweichung bestimmt und
gespeichert wurden. Die erhaltene Summe wird gefiltert und dann
als Daten für
den gegenwärtigen
Zeitraum gespeichert. Die gespeicherten, einen Musterzeitraum alten
Daten werden einer dynamische-Eigenschaften-Kompensationsverarbeitung
unterworfen und dann ausgegeben, damit sie zu der Positionsabweichung
addiert werden.
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In
dem in 17 gezeigten Regler wird eine Positionsabweichung
mithilfe des Subtraktors 1 ermittelt, wobei ein Positionsfeedbacksignal,
das eine tatsächliche
Position des geregelten Gegenstands 5 angibt, im Subtraktor 1 von
einem Positionsbefehl subtrahiert wird, der von dem Host-Regler
geliefert wird. Diese Positionsabweichung wird im lernenden Regler 10 gespeichert.
Im Addierer 11 wird zu der Positionsabweichung ein Korrekturwert
addiert, der auf Basis einer einen Musterzeitraum alten Positionsabweichung
bestimmt wird. Dadurch wird eine korrigierte Positionsabweichung
ermittelt, die dann im Multiplikator 2 mit einer Positionsverstärkung Kp
multipliziert wird. Dadurch wird ein Geschwindigkeitsbefehl bestimmt,
von dem im Subtraktor 16 ein Geschwindigkeitsfeedbackwert
subtrahiert wird zur Ermittlung einer Geschwindigkeitsabweichung.
Auf Basis der Geschwindigkeitsabweichung erfolgt eine Geschwindigkeitsschleifenverarbeitung
durch den Geschwindigkeitsregler 14, wodurch ein Drehmomentbefehl (Beschleunigungsbefehl)
ermittelt wird, mit dem der Antrieb des geregelten Gegenstands 5 geregelt
wird.
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Die
Positionsabweichung konvergiert auf Null, wird ein Satz von Befehlen
zur Bearbeitung einer festgelegten Zone, in der sich ein Quadrantenvorsprung
bilden kann, unter Durchführung
von lernender Regelung wiederholt durchgeführt. Nachdem die Positionsabweichung
auf Null konvergiert ist, korrigiert der lernende Regler 10 die
Positionsabweichung. Die korrigierte Positionsabweichung wird mit der
Positionsverstärkung
Kp multipliziert, wodurch der Geschwindigkeitsbefehl ermittelt wird.
Es erfolgt eine Geschwindigkeitsschleifenverarbeitung durch den
Geschwindigkeitsregler 14 zur Bestimmung eines Drehmomentbefehls
auf Basis des Geschwindigkeitsbefehls und des Geschwindigkeitsfeedbacksignals,
wohingegen eine befohlene Beschleunigung durch das zweite-Ableitungselement 18 ermittelt wird,
indem der Positionsbefehl einer zweiten Ableitung unterzogen wird.
Im Subtraktor 19 wird die befohlene Beschleunigung von
dem Drehmomentbefehl subtrahiert, wodurch eine Differenz zwischen
ihnen ermittelt wird. Diese wird als Drehmomentkorrekturdaten in
der Drehmoment-Offseteinrichtung eingestellt. Wie bei der ersten
und der zweiten Ausführungsform,
können
inzwischen die aus der Differenz zwischen dem Drehmomentbefehl und
der befohlenen Beschleunigung be stimmten Drehmomentkorrekturdaten
Filtern zur Entfernung von Rauschen unterzogen werden, so dass die
erhaltenen Daten als zweite Drehmomentkorrekturdaten dienen können. Ersatzweise
können
die Drehmomentkorrekturdaten linear angenähert werden, so dass zweite
Drehmomentkorrekturdaten erhalten werden.
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Die
Drehmomentkorrekturdaten werden standardisiert oder linear angenähert, damit
sie in der gleichen Form wie die Geschwindigkeitskorrekturdaten
vorliegen.
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Die
Drehmomentkorrekturdaten werden in der Drehmoment-Offseteinrichtung 15 gespeichert, damit
sie zur Korrektur des Drehmomentbefehls verwendet werden können, so
dass das Auftreten eines Quadrantenvorsprungs verhindert werden
kann.
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Bei
einem Servomotorantriebsregler nach einer Ausführungsform, die zum Verhindern
eines Quadrantenvorsprungs den Drehmomentbefehl korrigiert, erfolgt
für jeden
Positions-/Geschwindigkeitsschleifenverarbeitungszeitraum eine Verarbeitung (nicht
gezeigt), die im Wesentlichen den in den 12–14 dargestellten
entspricht, sich aber in den folgenden Punkten unterscheidet: Es
erfolgt eines Positionsschleifenverarbeitung zur Bestimmung des
Geschwindigkeitsbefehls und eine Geschwindigkeitsschleifenverarbeitung
zur Bestimmung des Drehmomentbefehls auf Basis des Geschwindigkeitsbefehls
und des Geschwindigkeitsfeedbacksignals, wie herkömmlicherweise
bekannt, in einem Schritt, der Schritt 100, 200 oder 300 entspricht
(die Erläuterung
dieses Schrittes und der anschließend beschriebenen Schritte
entfällt),
ein Korrekturausmaß A
wird ermittelt auf Basis der Drehmomentkorrekturdaten in einem Schritt,
der Schritt 105, 208, 308, 310 oder 312 entspricht,
diese Drehmomentkorrekturdaten werden zu dem Drehmomentbefehl addiert,
der in einem Schritt ermittelt wurde, der Schritt 100, 200 oder 300 entspricht,
wodurch ein korrigierter Drehmomentbefehl erhalten wird, und anstelle
des Geschwindigkeitsbefehls wird das korrigierte Drehmoment in einem
Schritt ausgegeben, der Schritt 109, 211 oder 315 entspricht.
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18A bis 18E zeigen
Ergebnisse von Experimenten, die zur Untersuchung der Wirkungen dieser
Erfindung durchgeführt
wurden. Dabei sind Fehler beim Kreisbogenschneiden in Einheiten
von 2 μm
angegeben. Fehlern in den jeweils eingekreisten Regionen sind in
stärkerer
Vergrößerung dargestellt.
-
18A zeigt Fehler, wenn keine Korrektur zur Verringerung
eines Quadrantenvorsprungs durchgeführt wird, 18B Fehler im Fall einer herkömmlichen Korrektur zur Verringerung
eines Quadrantenvorsprungs, 18C Fehler
im Fall einer lernenden Regelung und 18D, 18E Fehler bei der ersten bzw. zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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Aus
den Ergebnissen der Experimente ist ersichtlich, dass der Quadrantenvorsprung
(der Fehler in Bezug auf den Befehl), der in einer bearbeiteten Oberfläche nach
Quadrantenänderung
entsteht, am größten wird,
wird keine Quadrantenvorsprungkorrektur durchgeführt (18A).
Der nächstkleinere Fehler
wird erhalten, wird die herkömmliche
Quadrantenvorsprungkorrektur angewendet (18B). Durch
Anwenden von lernender Regelung (18C) wird
der Quadrantenvorsprung verringert. Wird die Erfindung angewendet
(18D und 18E),
tritt im Wesentlichen kein Quadrantenvorsprung auf, was zu der gleichen
Bearbeitungsgenauigkeit führt,
wie sie bei Beibehaltung des Quadranten erhalten wird.