DE68924699T2 - Verfahren zur steuerung eines servomotors. - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines servomotors.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Servomotor- Steuerungsverfahren, insbesondere auf ein Servomotor-Steuerungsverfahren, das einen Impulscodierer benutzt.
  • Bei der Digital-Servomotorsteuerung zum digitalen Steuern eines Servomotors wird eine Bewegungsdistanz ΔRn längs jeder Achse für jede vorbestiinmte Zeit ΔT mittels einer numerischen Steuereinrichtung berechnet und in eine digitale Servoschaltung eingegeben, und die digitale Servoschaltung führt eine arithmetische Operation in Übereinstimmung mit der Gleichung
  • Er + ΔRn - ΔPn T Er
  • (wobei ΔPn die Ist-Distanz ist, die alle ΔT zurückgelegt ist, und Er die Positionsabweichung repräsentiert) für jedes ΔT durch, um in Abhängigkeit von der Größe der Positionsabweichung eine Impulsbreitenmodulation auszuführen, um dadurch die Drehung des Servomotor zu steuern.
  • Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer derartigen herkömmlichen digitalen Servoschaltung, die enthält: eine Arithmetik- Einheit 1 zum Berechnen der Differenz zwischen einem Bewegungsbefehl ΔRn für jede vorbestimmte Zeit ΔT und der zurückgelegten Ist-Distanz ΔPn, einen Fehlerzähler 2 zum Akkumulieren des Ausgangssignals (ΔRn - ΔPn) der Arithmetik-Einheit 1 in Übereinstimmung mit der Gleichung
  • Er + ΔRn - ΔPn T Er,
  • eine Einstell-Einheit 3 zum Einstellen eines Positions-Übertragungsfaktors Kp, eine Geschwindigkeits-Regelungseinrichtung 4, eine Strom-Regelungseinrichtung 5, eine Hardware- Einheit 6, wie ein Servoverstärker und ein Servomotor, einen Impulscodierer 7 zum Erzeugen von N Impulsen je Umdrehung des Servomotors, einen Integrator 8 zum Hochzählen der Impulse, die durch den Impulscodierer 7 erzeugt werden, alle ΔT und Ausgeben eines Werts M des Zählstands und eine DMR-Multiplizier-Einheit 9 zum Multiplizieren des Ausgangssignals M des Integrators 8 mit einem Erfassungs-Multiplizierverhältnis DMR und Ausgeben der Distanz ΔPn, die in der Zeit ΔT zurückgelegt ist, wobei die Einheiten von ΔPn die gleichen wie die eingestellten Einheiten des Bewegungsbefehls ΔRn sind.
  • Das Erfassungs-Multiplizierverhältnis DMR ist ein Wert, der in Übereinstimmung mit der im folgenden angegebenen Gleichung aus einer Bewegungsdistanz L eines beweglichen Maschinenelements je Umdrehung des Servomotors, einer Bewegungsdistanz (eingestellte Einheiten) R je Impuls des Bewegungsbefehls und einer Anzahl von Impulsen N (Impulse/U), die durch den Impulscodierer 7 je Umdrehung des Servomotors augegeben werden, gewonnen wird:
  • DMR = L/(R N)
  • Dementsprechend wird, wenn die eingestellten Einheiten R des Bewegungsbefehls 0,1 um/Impuls betragen, die Bewegungsdistanz L des beweglichen Machinenelements je Motorumdrehung 8 mm beträgt und die Anzahl N der Impulse, die durch den Impulscodierer je Motorumdrehung erzeugt werden, 2000 Impulse/U beträgt, DMR = 4 aus der vorstehenden Gleichung gewonnen, und die der Arithmetik-Einheit 1 eingegegeben Einheiten der zurückgelegten Ist-Distanz ΔPn werden (0,l um/Impuls) betragen, was gleich den eingestellten Einheiten des Bewegungsbefehls ist.
  • Bei dem herkömmlichen Verfahren kann nur eine spezielle ganze Zahl als der Wert von DMR benutzt werden. Folglich werden eine Vielzahl von N verschiedenen Impulscodierern vorab vorbereitet, und es wird ein Impulscodierer ausgewählt, um das Servosystem in einer Weise aufzubauen, daß die Größe DMR, welche aus der vorstehenden Gleichung gewonnen wird, zu der speziellen ganzen Zahl gemacht werden kann. Bei diesem Lösungsweg müssen indessen eine große Anzahl von Impulscodierern vorab vorbereitet sein. Darüber hinaus können wegen der Beziehung, die R umfaßt, Fälle auftreten, in denen die Größe DMR nicht ganzzahlig wird, gleichgültig, welcher der vorbereiteten Impulscodierer benutzt wird.
  • Wenn als die Größe DMR ein Wert benutzt wird, der keine ganze Zahl ist, stellt sich in den Ergebnissen der Multiplizieroperation in der DMR-Multiplizier-Einheit folgend auf den Dezimalpunkt ein numerischer Wert ein. Dieser Wert, der auf den Dezimalpunkt folgt, akkumuliert sich alle ΔT als ein Fehler, um dadurch die Genauigkeit der Servomotorsteuerung herab zusetzen. Dementsprechend kann ein numerischer Wert, der keine ganze Zahl ist, nicht als die Größe DMR benutzt werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Servomotor-Steuerungsverfahren zu schaffen, bei dem ein beliebiger numerischer Wert, selbst ein solcher, der einen Dezimalpunkt enthält, als die Größe DMR dienen kann und bei dem es unnötig ist, eine Vielzahl von Impulscodierern vorzubereiten.
  • Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift US-A-4,211,967 von Interesse, die drei Ausführungsbeispiele einer Motorgeschwindigkeits-Einstelleinrichtung offenbart, in der ein programmierbarer Dividierer mit einem Motorgeschwindigkeits-Einstellmittel zum Erzeugen eines Befehlswerts für einen Phasenregelkreis zusammenwirkt, der arbeitet, um ein Referenz-Frequenzsignal zu multiplizieren. Das sich ergebende Signal wird dem Motor zugeführt, und ein Anzeigemittel, welches durch das Motorgeschwindigkeits-Einstellmittel betrieben wird, zeigt die Abweichung zwischen einer Normal-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit an, wie sie durch das Motorgeschwindigkeits-Einstellmittel bestimmt ist.
  • Von untergeordnetem Interesse sind hierbei die Druckschriften CH-A-523631 u. CH-A526809, welche Motorsteuerungssysteme offenbaren, die Rückkopplungsschleifen benutzen, jedoch nicht direkt über den Motor wie gemäß der vorliegenden Erfindung rückkoppeln.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet das Multiplizierverhältnis DMR aus (i) einer Bewegungsdistanz L eines beweglichen Maschinenelements je Umdrehung eines Motors, (ii) einer Bewegungsdistanz R je Impuls eines Bewegungsbefehls und (iii) einer Anzahl N von Inkrementierimpulsen, die durch einen Absolutpositionserfassungs-Impulscodierer je Umdrehung des Motors erzeug werden, und akkumuliert bei der Servomotorsteuerung Bewegungsbefehle, multipliziert die absolute Position, die durch den Absolutpositionserfassungs-Impulscodierer ausgegeben wird, mit DMR, berechnet eine Differenz zwischen einem Wert, der durch Akkumulieren der Bewegungsbefehle gewonnen wird, und Ergebnissen der Multiplizieroperation als eine Positionsabweichung und steuert die Drehung des Servomotors unter Benutzung der Positionsabweichung.
  • Demzufolge ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wie zuvor ausgeführt, derart beschaffen, daß die absolute Position mit DMR multipliziert wird. Daher wird sich selbst dann, wenn das Erfassungs-Multiplizierverhältnis DMR einen auf einen Dezimalpunkt folgenden Wert hat, keine Fehler-Akkumulierung, wie sie bei Stand der Technikauftritt, ergeben.
  • Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Servomotor-Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 2(a) zeigt eine Darstellung zum Beschreiben eines Impulscodierers, der die absolute Position erfaßt.
  • Fig. 2(b) zeigt eine Darstellung, die den Aufbau eines Zählers angibt.
  • Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild zum Beschreiben des Verfahrens nach dem Stand der Technik.
  • Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Servomotor-Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 zeigt eine Darstellung zum Beschreiben eines Impulscodierers, der die absolute Position erfaßt.
  • Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Bewegungsbefehl-Akkumulierungseinheit zum Aufaddieren des Bewegungsbefehls ΔRn zu jeder vorbestimmten Zeit ΔT und zum Ausgeben des akkumulierten Werts Pc der Bewegungsbefehle. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Positionsabweichungs-Arithmetikeinheit zum Berechnen einer Positionsabweichung, welche die Differenz zwischen dem akkumulierten Wert Pc der Bewegungsbefehle und der Ist-Absolutposition PA des beweglichen Maschinenelements ist. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Abweichungshalteeinheit zum Speichern der Positionsabweichung, das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Einstelleinheit zum Einstellen eines Positionsübertragungsfaktors Kp, das Bezugszeichen bezeichnet eine Geschwindigkeits-Regelungseinrichtung, das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Strom-Regelungseinrichtung, das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Hardware-Einheit, wie einen Servoverstärker und einen Servomotor, und das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Impulscodierer zum Erfassen der absoluten Position.
  • Wie in Fig. 2 (a) gezeigt ist der Impulscodierer 18 zum Erfassen der absoluten Position zusammengesetzt aus einem Impulscodierer 18a, der immer dann einen Inkrementierimpuls erzeugt, wenn ein Motor 17a um einen vorbestimmten Winkel dreht, und einem Zähler 18b zum Abzählen von Impulsen, die durch den Impulscodierer 18a in Abhängigkeit von der Drehrichtung erzeugt werden, um dadurch die absolute Position PA', welche die absolute Position innerhalb einer Umdrehung des Motor enthält, und die Anzahl von Umdrehungen des Motors zu speichern und auszugeben. Der Zähler 18b setzt das Speichern der absoluten Position PA' selbst dann fort, wenn die Stromversorgung unterbrochen ist. Das Bezugszeichen 21 in Fig. 2 (a) bezeichnet das bewegliche Maschinenelement. Der Impulscodierer 18a erzeugt eine Anzahl N von Inkrementierimpulsen je Umdrehung des Motors.
  • Wie in Fig. 2 (b) gezeigt ist der Zähler 18b durch einen ersten Zähler 18b-1 der Kapazität N zum Aufwärts/Abwärts zählen der Inkrementierimpulse in Übereinstimmung mit der Drehrichtung und einen zweiten Zähler 18b-2 zum Aufwärts zählen von Überlaufimpulsen und Abwärts zählen von Unterlaufimpulsen aus dem ersten Zähler gebildet, um dadurch die Anzahl von Umdrehungen des Motors speicher zu können.
  • Das Bezugszeichen 19 bezeichnet eine DMR-Multipliziereinheit zum Multiplizieren der absoluten Position (Anzahl von Impulsen) PA', die durch den Zähler 18b des Absolutpositionserfassungs-Impulscodierers 18ausgegeben wird, mit DMR, wobei das Ergebnis in Einheiten ausgegeben wird, die gleich den eingestellten Einheiten des Bewegungsbefehls sind. Das Bezugszeichen bezeichnet eine DMR-Arithmetikeinheit zum Berechnen des Erfassungs-Multiplizierverhältnisses DMR in Übereinstimmung mit der Gleichung
  • DMR = L/ (R N) ... (1)
  • aus der Bewegungsdistanz L des beweglichen Maschinenelements je Umdrehung des Motors, der Bewegungsdistanz R (eingestellte Einheiten) je Impuls eines Bewegungsbefehls und der Anzahl N (Impulse/U) der Inkrementierimpulse, die durch den Impulscodierer 18a je Umdrehung des Motors ausgegeben werden. Wenn beispielsweise die eingestellten Einheiten R des Bewegungsbefehls 0,1 um/Impuls betragen, die Bewegungsdistanz L des beweglichen Maschinenelements je Motorumdrehung 8 mm beträgt und die Anzahl von Impulsen, die durch den Impulscodierer je Motorumdrehung erzeugt werden, N Impulse/U beträgt, wird
  • DMR = 80 000/N
  • aus der vorstehenden Gleichung gewonnen. Wenn das bewegliche Maschinenelement um mm/U bewegt wird, wird
  • DMR = 100 000/N
  • gewonnen.
  • Im folgenden wird die Arbeitsweise der Schaltunganordnung gemäß Fig. 1 insgesamt beschrieben.
  • In der DMR-Arithmetikeinheit 20 wird Gl. (1) benutzt, um vorab das Multiplizierverhältnis DMR aus der Bewegungsdistanz L des beweglichen Maschinenelements je Motorumdrehung, den eingestellten Einheiten R des Bewegungsbefehls und der Anzahl N von Impulsen je Umdrehung des Impulscodierers 18 zu berechnen.
  • Wenn der Bewegungsbefehl ΔRn unter diesen Bedingungen alle ΔT erzeugt wird, wird der Befehl durch die Bewegungsbefehl-Akkumulierungseinheit 11 akkumuliert, wird die Differenz zwischen dem akkumulierten Wert Pc des Bewegungsbefehls und der absoluten Position (absolute Position in den eingestellten Einheiten ausgedrückt) PA, die durch die DMR-Multipliziereinheit 19 ausgegeben wird, als die Positionsabweichung Er durch die Positionsabweichungs-Arithmetikeinheit 12 berechnet, wird die Abweichung in der Abweichungshalteeinheit 13 gehalten, wird die Positionsabweichung Er mit dem Positions-Übertragungsfaktor Kp multipliziert, um ein Signal für eine Soll-Geschwindigkeit VCMD zu erzeugen, und werden darauffolgend die Geschwindigkeits- und Strom-Regelungsvorgänge ausgeführt, um den Servomotor 17a zu drehen.
  • Wenn der Motor dreht, werden eine Anzahl N von Inkrementierimpulsen je Motorumdrehung durch den Impulscodierer 18a (s. Fig. 2) des Absolutpositionserfassungs-Impulscodierers 18 erzeugt, werden diese Impulse durch den Zähler 18b akkumuliert und wird der Wert des Zählstands aus dem Zähler als die absolute Position PA' ausgegeben.
  • Die DMR-Multipliziereinheit 19 führt eine arithmetische Operation in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung
  • PA = {L/(R N)} PA' ... (2)
  • durch, um die absolute Position PA, ausgedrückt in eingestellten Einheiten, auszugeben.
  • Danach wird die zuvor beschriebene Verarbeitung zu jeder vorbestimmten Zeit ΔT wiederholt, um den Servomotor bei der Soll-Geschwindigkeit zu drehen.
  • Demzufolge ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung derart beschaffen, daß die absolute Position mit DMR, nicht jedoch alle ΔT mit der inkrementierten Bewegungsdistanz, wie dies beim Stand der Technik erfolgt, multipliziert wird. Daher wird selbst dann, wenn das Erfassungs-Multiplizierverhältnis DMR einen Wert hat, der auf einen Dezimalpunkt folgt, ein Fehler nicht akkumuliert, wie dies beim Stand der Technik auftritt. Das bedeutet, daß es ausreicht, nur eine Art von Impulscodierer vorzubereiten.

Claims (3)

1. Servomotor-Steuerungsverfahren zum Steuern der Drehung eines Servomotors (17a) unter Benutzung eines Absolutpositionserfassungs-Impulscodierers (18), der einen Impulscodierer (18a) zum Erzeugen einer Anzahl von N Inkrementalimpulsen je Umdrehung des Servomotors (17a) und einen Zähler (18b) zum Abzählen der Inkrementalimpulse aufwärts oder abwärts in Abhängigkeit von der Drehungsrichtung hat, welches Verfahren Schritte umfaßt zum Vorabberechnen eines Multipliziererverhältnisses DMR aus einer Bewegungsdistanz L eines bewegbaren Maschinenelements je Umdrehung des Servomotors (17a), einer Bewegungsdistanz R je Impuls eines Bewegungsbefehls (Δn) und der Anzahl N der Inkrementalimpulse, die durch den Impulscodierer (18a) je Umdrehung des Servomotors (17a) ausgegeben werden,
Akkumulieren des Bewegungsbefehls (ΔRn) bei der Servomotor-Steuerung,
Multiplizieren der Absolutposition, die durch den Absolutpositionserfassungs-Impulscodierer (18) ausgegeben ist, mit DMR,
Berechnen einer Differenz zwischen einem Wert (Pc), der durch Akkumulieren des Bewegungsbefehls (DRn) gewonnen ist, und dem Ergebnis der Multiplikationsoperation mit DMR als eine Positionsabweichung (Er) und
Steuern der Drehung des Servomotors (17a) unter Benutzung der Positionsabweichung (Er).
2. Servomotor-Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem DMR gemäß der Gleichung
DMR = L/ (R N)
berechnet wird.
3. Servomotor-Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuerung der Drehung in einem vorbestimmten Zeitintervall (ΔT) durchgeführt wird.
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