DE69309803T2

DE69309803T2 - Verfahren zur regelung der lage einer spindel

Info

Publication number: DE69309803T2
Application number: DE69309803T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Rm - Fanuc Ma Fukukura; Shinichi Rm - Fanuc Mansh Kono
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2013-01-27
Also published as: WO1993015876A1; KR960012701B1; EP0580866A1; EP0580866A4; US5519297A; EP0580866B1; JPH05228794A; DE69309803D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spindel-Positionierungsverfahren, das es einem Spindel-Motor ermöglicht, stabil in einer gewünschten Position in einer kürzestmöglichen Zeitperiode unter bestmöglicher Ausnutzung der Verzögerungsfähigkeit des Spindel-Motors zu stoppen.
Bei einem bekannten Verfahren zum Stoppen eines drehenden Spindel-Motors in einer gewünschten Position wird der Motor zunächst bis zu einer Grundgeschwindigkeit für eine Positionierungssteuerung in der Stufe einer Geschwindigkeitsregelung verzögert, dann wird die Steuerungs-Betriebsart für den Spindel-Motor von der Geschwindigkeitsregelungs-Betriebsart zu einer Positionssteuerungs-Betriebsart umgeschaltet, und es wird eine Positions-Regelkreissteuerung unter Ausnutzung der Differenz zwischen einer befohlenen Stopp-Position und einer gegenwärtigen Position als eine Positionsabweichung ausgeführt. Ein derartiges Verfahren ist in der Druckschrift EP-A-0150216 offenbart.
Um die Zeit, welche bei diesem Verfahren für das Positionieren erforderlich ist, zu verkürzen, kann der Wert des Positions-Übertragungsfaktors erhöht werden. Wenn indessen der Positions-Übertragungsfaktor ohne Rücksicht auf die Beschleunigungs/Verzögerungs-Charakteristika des Spindel-Motors erhöht wird, ist es möglich, daß der Spindel-Motor den Geschwindigkeitsbefehl nicht befolgt, was eine unerwünschte, zu weit gehende Drehung verursacht. Umgekehrt wird, wenn der Wert des Positions-Übertragungsfaktors des Positions-Regelkreises aus der Befürchtung des Auftetens einer zu weit gehenden Drehung heraus zu klein eingestellt ist, die Zeit, welche für das Positionieren erforderlich ist, unvermeidlich verlängert. Demzufolge ist es schwierig, eine zu weit gehende Drehung zu verhindern und gleichzeitig ein schnelles Positionieren zu erreichen.
Die Druckschrift JP-A-63-273114 offenbart eine Konstantpositionsstopp-Steuer-Einrichtung, bei der die Konstantpositi-onsstopp-Arbeitszeit durch Glätten des Signalverlaufs des Geschwindigkeitsbefehls, um diesen stetig zu machen, vor dem Umschalten von der Geschwindigkeitsregelungs- zu der Positionssteuerungs- Betriebsart verringert ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Spindel-Positionierungsverfahren zu schaffen, das nicht nur in der Lage ist, eine unerwünschte zu weit gehende Drehung zu verhindern, sondern auch fähig ist, in einer kurzen Zeit eine Spindel einer Werkzeugmaschine bei einer gewünschten Stopp-Position zu positionieren.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn ein Festpositions-Stoppbefehl erzeugt wird, während der Betrieb eines Spindel-Motors in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeitsregelung gesteuert wird, die Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors in Übereinstimmung mit einer Geschwindigkeitsregelung auf eine Geschwindigkeit, die niedriger als eine oder gleich einer maximalen Drehgeschwindigkeit ist, welche einen Konstantdrehmomentbereich definiert, verringert, es wird ein Wert als eine anfängliche Positionsabweichung, der die Beziehung zwischen der gegenwärtigen Position und der befohlenen Stopp-Position des Motors in bezug auf eine Umdrehung des Motors bezeichnet, wenn die Motor-Geschwindigkeit auf die Geschwindigkeit verringert wird, die niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit ist, eingestellt, es wird die Laufregelungs-Betriebsart des Motors von der Geschwindigkeitsregelung zu einer Positionsregelung umgeschaltet und danach wird eine lineare Beschleunigungs/Verzögerungsregelung ausgeführt, bis die befohlene Stopp-Position erreicht ist.
Ferner umfaßt das Verfahren Schritte zum Erfassen der Geschwindigkeit des Spindel-Motors und einer Drehposition des Spindel-Motors in bezug auf eine Umdrehung der Spindel, wenn die Geschwindigkeit des Spindel-Motors niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit wird, Gewinnen sowohl eines Minimalbetrags der Bewegung, die erforderlich ist, wenn der Spindel-Motor entlang einer Verzögerungslinie verzögert wird, welche auf der Grundlage der erfaßten Geschwindigkeit eingestellt ist, als auch einer Distanz von der erfaßten Drehposition bis zu einer Zielstopp-Position, nacheinander Addieren eines Betrags der Bewegung, der einer Umdrehung der Spindel entspricht, zu der Distanz, bis die Distanz größer als der Minimalbetrag der Bewegung wird, und Einstellen des gewonnenen Werts als eine Positionsabweichung, Ausführen einer Positionsregelkreis-Steuerung auf der Grundlage eines Geschwindigkeitsbefehls, der durch Multiplizieren der Quadratwurzel der Positionsabweichung mit einen eingestellten Positionsregelkreis-Übertragungsfaktor gewonnen wird, und Steuern des Betriebs des Spindel-Motors auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls.
Vorzugsweise wird der Minimalbetrag der Bewegung durch Dividieren des Quadrats der erfaßten Geschwindigkeit durch einen Parameterwert, welcher gemäß der Verzögerungslinie voreingestellt ist, gewonnen, und der Positionsregelkreis- Übertragungsfaktor ist der Quadratwurzel des Parameterwerts gleich.
Außerdem umfaßt eine Weiterbildung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung Schritte zum (a) Verringern der Drehgeschwindigkeit des Spindel-Motors auf eine Geschwindigkeit N, die niedriger als oder gleich einer maximalen Drehgeschwindigkeit N1 ist, welche einen Konstantdrehmomentbereich definiert, wenn ein Festpositions-Stoppbefehl erzeugt wird, (b) Berechnen einer Anzahl von Impulsen P1, die ein Positionsdetektor ausgeben wird, wenn der Spindel- Motor aus der Drehgeschwindigkeit N heraus bei einem vorbestimmten Gradienten (Verzögerung) bis zum Erreichen einer endgültigen Stopp-Position verzögert wird, (c) Berechnen einer Anzahl von Impulsen α, die erforderlich ist, um die Spindel von einer gegenwärtigen Position bis zu einer befohlenen Stopp-Position zu drehen, die innerhalb einer Umdrehung der Spindel liegt, (d) Vergleichen der Anzahl von Impulsen P1, die in Schritt (b) berechnet ist, mit der Anzahl von Impulsen a, die in Schritt (c) berechnet ist, (e) Setzen der Anzahl von Impulsen α in einem Fehlerzähler als eine anfängliche Positionsabweichung, wenn die Anzahl von Impulsen α größer als die Anzahl von Impulsen P1 ist, oder Setzen eines Werts α + n Prev in dem Fehlerzähler als die anfängliche Positionsabweichung, wenn die Anzahl von Impulsen P1 größer als die oder gleich der Anzahl von Impulsen α ist, wobei Prev eine Anzahl von Impulsen ist, die der Positionsdetektor während einer Umdrehung der Spindel ausgibt, der Wert α + n Prev die Beziehung
α + (n - 1) Prev < P1 ≤ α + n Prev erfüllt, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich "1" ist, und (f) Subtrahieren der Anzahl von Rückkopplungsimpulsen Pf, die von dem Positionsdetektor ausgegeben sind, von der anfänglichen Positionsabweichung, welche in Schritt (c) gewonnen ist, um einen Geschwindigkeitsbefehl durch Multiplizieren der Quadratwurzel der gewonnenen Differenz mit einem Übertragungsfaktor zu gewinnen, der durch eine Motor-Verzögerungscharakteristik bestimmt ist, so daß der Lauf des Spindel-Motors auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls gesteuert wird.
Wie zuvor erwähnt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die sich drehende Spindel in einer vorbestimmten Position zu stoppen ist, zunächst die Drehgeschwindigkeit des Spindel-Motors auf eine solche in einem Geschwindigkeitsbereich verringert, die niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit ist, in welchem Bereich das Drehmoment konstant ist. Da in diesem Bereich das Drehmoment konstant ist und demzufolge eine lineare Beschleunigungs/Verzögerungs-Regelung durchführbar ist, kann der Spindel-Motor einer Positionsregelung in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Verzögerungslinie unterzogen werden, um auf diese Weise in der endgültigen Position gestoppt zu werden. Auf diese Weise wird in der Stufe der Verzögerung vor dem Stopp die Verzögerungsfähigkeit des Spindel-Motors am wirkungsvollsten ausgenutzt, und die Positionierungszeit kann ohne Verursachung einer zu weit gehenden Drehung verkürzt werden
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das einen wesentlichen Teil einer Spindel-Steuerschaltung einer Werkzeugmaschine darstellt, auf die ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
Fig. 2 zeigt ein Funktionsschaltbild, das Einzelheiten einer Motor-Regelungsschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, das eine Übersicht über eine Festpositions-Stoppsteuerungs-Verarbeitung darstellt, die durch die Motor-Regelungsschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel auszuführen ist.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das die Prinzipien eines Verfahrens zum Berechnen eines Parameters verdeutlicht, der in der Festpositions-Stoppsteuerungs-Verarbeitung benutzt wird.
Fig. 5 zeigt Darstellungen zur Verdeutlichung von Begriffen betreffend die Beziehung zwischen einer augenblicklichen Position eines Spindel-Motors und einer befohlenen Stopp-Position einer Spindel.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das einen wesentlichen Teil einer Spindel-Steuerschaltungeiner Werkzeugmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Eine Spindel 1 wird mittels eines Spindel-Motors 4 über einen Kraftübertragungsmechanismus 2, der Zahnräder, einen Zahnriemen oder dgl. umfaßt, gedreht. Auf der Spindel 1 ist ein Positionsdetektor 3 zum Erzeugen einer gegebenen Anzahl Prev von Positionserfassungsimpulsen je Umdrehung und zum Ausgeben eines Eine-Umdrehung-Signals je Umdrehung montiert. Der Spindel-Motor 4 zum Drehen der Spindel 1 ist mit einem Geschwindigkeitsdetektor 5 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors 4 ausgestattet.
Der Positionsdetektor 3 und der Geschwindigkeitsdetektor 5 sind mit einer Motor-Regelungsschaltung 7 verbunden. Der Spindel-Motor 4 ist durch eine Stromversorgungsschaltung 6 mit der Motor-Regelungsschaltung 7 verbunden, während die Motor-Regelungsschaltung 7 mit einer numerischen Steuer(NC-)Einrichtung 8 verbunden ist, welche verschiedenartige Achsen der Werkzeugmaschine steuert. Die Motor-Regelungsschaltung 7 enthält einen Geschwindigkeitsregelungs-Abschnitt zum Regeln der Geschwindigkeit des Spindel-Motors 4, einen Positionsteuerungsabschnitt zum Steuern des Stoppens und der Positionierung des Motors 4, einen Prozessor zum Ausführen verschiedenartiger Berechnungen, einen ROM, einen RAM usw. und steuert den Betrieb des Spindel-Motors 4 über die Stromversorgungsschaltung 6, wie einen Transistor- Wechselrichter oder dgl..
Die Motor-Regelungsschaltung 7 enthält ferner einen Zähler zum Abzählen von Positions-Rückkopplungsimpulsen Pf, die von dem Positionsdetektor 3 zugeführt werden, und eine Verriegelungsschaltung zum Festhalten des Werts des Zählers jedesmal dann, wenn dieser das Eine-Umdrehung-Signal aus dem Positionsdetektor 3 empfängt.
Der Kraftübertragungsmechanismus 2 dieses Ausführungsbeispiels hat ein Übersetzungsverhältnis von 1:1.
Fig. 2 zeigt ein Funktionsschaltbild der Motor-Regelungsschaltung 7. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen "a" einen Fehlerzähler züm Speichern der Positionsabweichung zum Zeitpunkt des Stopps und der Positionierung des Motors, "b" bezeichnet eine Software zum Ausführen einer Geschwindigkeitsbefehls-Berechnungsverarbeitung, und "c" und d" bezeichnen einen Proportional- bzw. Integral-Übertragungsfaktor eines Geschwindigkeitsregelungskreises. Die Bezugszeichen "h und "f" bezeichnen jeweils ein Glied für eine Übertragungsfunktion des Spindel-Motors 4, wobei Kt für eine Drehmomentkonstante und Jm für eine Trägheitskonstante steht, und das Bezugszeichen "g" bezeichnet ein Integralglied der Übertragungsfunktion für das Integrieren der Geschwindigkeit zur Gewinnung der Position. Die Bezugszeichen S1 und S2 bezeichnen Schalter, die der Einfachheit halber als mechanische Schalter dargestellt sind und wahlweise abhängig davon betätigt werden, ob die Steuerungsbetriebsart der Spindel 1 für die Geschwindigkeitsregelung oder für die Positionierungssteuerung gelten soll.
Als erstes wird die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels erläutert. Normalerweise ist der Schalter S2 geöffnet, während der Schalter S1 geschlossen ist, und es wird die Geschwindigkeitsregelung auf der Grundlage eines Drehgeschwindigkeitsbefehls Vcmd, der von der numerischen Steuer-Einrichtung 8 zugeführt wird, wie in einem herkömmlichen System ausgeführt. Im einzelnen wird ein Geschwindigkeits- Rückkopplungssignal Vf, das von dem Geschwindigkeitsdetektor 5 ausgegeben ist, von dem Drehgeschwindigkeitsbefehl Vcmd subtrahiert, um eine Geschwindigkeitsabweichung zu gewinnen, und das Produkt der Geschwindigkeitsabweichung und des Geschwindigkeitsregelkreis-Proportional-Übertragungsfaktors "c" wird zu dem Produkt eines Werts, der durch Integrieren der Geschwindigkeitsabweichungs gewonnen ist, und des Geschwindigkeitsregelkreis-Integral-Übertragungsfaktors "d" addiert, um einen Drehmomentbefehl zu gewinnen. Auf diese Weise wird der Betrieb des Spindel-Motors 4 durch die Stromversorgungsschaltung 6 gesteuert.
Wenn ein Stopp-und-Positionier-Befehl und eine Spindel- Stopp-Position (bestimmte Dreh-Position in bezug auf eine Umdrehung) von der numerischen Steuer-Einrichtung 8 ausgegeben sind, startet der Prozessor der Motor-Regelungsschaltung 7 eine "Festpositions-Stoppsteuerungs-Verarbeitung" (im folgenden im einzelnen beschrieben), die in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 3 gezeigt ist, um den Betrieb des Spindel-Motors 4 zu steuern, wobei eine zu weit gehende Drehung verhindert wird und die Verzögerungsfähigkeit des Spindel- Motors 4 bestmöglich ausgenutzt wird, so daß die Spindel in der bestimmten Stopp-Position positioniert werden kann.
Im folgenden wird anhand von Fig. 4, welche die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien darstellt, ein Verfahren zum Gewinnen eines Parameters beschrieben. Ein solcher Parameter ist erforderlich, wenn eine Festpositions-Stoppsteuerung ausgeführt wird, wobei die bestmögliche Ausnutzung der Verzögerungsfähigkeit des Motors erfolgt.
In einem Drehbereich, der nicht höher als eine bestimmte Drehgeschwindigkeit N1 (U/min) liegt, erzeugt der Spindel- Motor 4 ein konstantes Drehmoment, und demzufolge ist in diesem Bereich eine lineare Beschleunigungs/Verzögerungs- Regelung durchführbar. Diese Drehgeschwindigkeit N1 (U/min) oder eine maximale Drehgeschwindigkeit (Umdrehungen pro Minute), die den Konstantdrehmomentbereich definiert, wird im folgenden als die Grundgeschwindigkeit N1 bezeichnet. Die lineare Beschleunigungs/Verzögerungs-Regelung ist in dem Diagramm gemäß Fig. 4 gezeigt, in dem die Achse der Abszisse die Zeit repräsentiert, die Achse der Ordinate die Drehgeschwidigkeit repräsentiert und eine Gerade L (Verzögerungslinie) in der Figur einen Verzögerungsvorgang anzeigt.
Gemäß Fig. 4 ist, wenn eine Stoppzeit, die erforderlich ist, um den Spindel-Motor 4, der bei der Grundgeschwindigkeit N1 dreht, durch einen Maximalverzögerungsvorgang in eine Stoppstellung zu bringen, T1 ist und eine Zeit, die erforderlich ist, um den Spindel-Motor 4, der bei einer willkürlich angenommenen Drehgeschwindigkeit N (U/min) dreht, die niedriger als die Grundgeschwindigkeit N1 liegt, längs der Verzögerungslinie L zu stoppen, T ist, die folgende Beziehung erfüllt, da der Gradient (die Verzögerung) der Verzögerungslinie L festgelegt ist:
Dann wird unter der Annahme, daß die Anzahl der Positions- Rückkopplungsimpulse, welche von dem Positionsdetektor 3 während einer Umdrehung der Spindel 1 ausgegeben werden, Prev (Impulse) beträgt, P1, d. h. eine Anzahl von Impulsen, die durch den Positionsdetektor 3 von dem Zeitpunkt an, zu dem die Spindel 1 die Verzögerung aus einer willkürlich angenommenen Drehgeschwindigkeit N heraus, die niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit N1 liegt, längs der Verzögerungslinie L beginnt, zu erzeugen sind, bis der Motor bis zu einer befohlenen Stopp-Position gedreht hat, berechnet. Da die Fläche eines kleinen Dreiecks, das durch die senkrechte gestrichelte Linie, die Verzögerungslinie L und die Zeitachse (Achse der Abszisse) in Fig. 4 definiert ist, der Anzahl von Umdrehungen äquivalent ist, welche die Spindel ausführt, bis sie ge-stoppt wird, ist P1, die Anzahl von Impulsen, durch die folgende Gleichung gegeben:
Aus Gl.(1) u. Gl.(2) ist die folgende Gleichung abgeleitet:
Die Auflösung von Gl.(3) nach der Drehgeschwindigkeit N ergibt die folgende Gleichung:
Vorausgesetzt, daß das Motor-Ausgangsdrehmoment, die Motorträgheit und die Lastträgheit in dem Konstantdrehmomentbereich Tm, Jm bzw. JL sind, gilt die folgende Gleichung, die auf der allgemeinen Formel beruht, welche sich auf das Drehmoment und die Beschleunigung bezieht:
Aus Gl.(5) ist die folgende Gl.(6) abgeleitet:
Das Einsetzen der linken Seite von Gl.(6) in die rechte Seite von Gl.(4) ergibt:
In der vorstehenden Gl.(7) kann, da das Motor-Ausgangsdrehmoment Tm, die Motorträgheit Jm, die Lastträgheit JL und die Anzahl Prev von Impulsen je Umdrehung der Spindel 1 bekannt sind, ein Teil der Gl.(7) zur Verwendung als ein Parameter entsprechend der Motor-Characteristik benutzt und wie folgt ausgedrückt werden:
Der Wert des Parameters PRM in Gl.(8) wird vorab in den ROM der Motor-Regelungsschaltung 7 eingeschrieben.
Basierend auf Gl.(8) kann Gl.(7) wie folgt ausgedrückt werden:
Gl.(9) zeigt, daß wenn die gegenwärtige Geschwindigkeit N ist, die wirkungsvollste Verzögerung bis zum Stopp durch Ausführen einer Positionsregelkreissteuerung erreicht werden kann, wobei ein Positionsbefehl aus Impulsen P1 als ein anfänglicher Wert einer Positionsabweichung gegeben ist, eine Positionsabweichung durch Subtrahieren des Positions-Rückkopplungsimpulses Pf von der Positionsabweichung gewonnen wird und ein Geschwindigkeitsbefehl durch Multiplizieren der Quadratwurzel der Positionsabweichung mit der Quadratwurzel des Parameters PRM als dem Positionsregelkreis- Übertragungsfaktor berechnet wird. Das bedeutet, daß der Spindel-Motor 4 längs der Verzögerungslinie L, die in Fig. 4 gezeigt ist, verzögert und gestoppt wird.
Durch Auflösung von Gl.(9) nach P1, der Anzahl von Impulsen, die der Distanz entspricht, welche vor dem Stopp durchlaufen wird, ergibt sich die folgende Gleichung:
P1 = N N/PRM ... (10)
Gl.(10) zeigt, daß wenn die Drehgeschwindigkeit des Spindel-Motors 4 N ist, der anfängliche Wert der Positionsabweichung gleich P1, der Anzahl von Impulsen, ist, die durch Gl.(10) berechnet wird.
Demzufolge wird, um die Spindel 1 durch die beste Ausnutzung der Verzögerungsfähigkeit des Spindel-Motors 4 in kurzer Zeit zu stoppen, die Drehgeschwindigkeit des Spindel- Motors 4 zuerst auf eine Drehgeschwindigkeit N verringert, die niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit N1 ist, und es wird die Positionsregelkreissteuerung unter Benutzung von P1, der Anzahl von Impülsen, die mittels Gl.(10) als der anfängliche Wert der Positionsabweichung berechnet ist, ausgeführt, wodurch die Spindel 1 in der Position, die durch P1, der Anzahl von Impulsen, bestimmt ist, in kürzester Zeit gestoppt werden.
Wenn der Spindel-Motor 4 durch den Stopp-und-Positionier Befehl zu stoppen ist, wird eine vorbestimmte Position innerhalb einer Umdrehung der Spindel 1 als eine Zielposition bezeichnet. Im einzelnen wird die Zielposition vorab als eine Drehposition bezeichnet, die einer vorbestimmten Anzahl von Positionserfassungsimpulsen (P2-Impulsen) vom Zeitpunkt der Erzeugung des Eine-Umdrehung-Signals an entspricht.
Hierzu sei, wie in Fig. 5 gezeigt, der Fall betrachtet, in dem sich die Spindel in einer augenblicklichen Drehposition ("Augenblickposition") befindet und P0 Positionserfassungsimpulse vom Zeitpunkt der Ausgabe ("Signal") des Eine- Umdrehung-Signals an bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spindel die augenblickliche Position erreicht hat, erzeugt worden sind. Um die Spindel in einer Vorwärtsrichtung (im Uhrzeigersinn in dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel) zu drehen und sie in einer Position (Zielposition) zu stoppen, die mit einer Position zusammenfällt, welche innerhalb einer Umdrehung von der augenblicklichen Position aus liegt, kann der Betrag der Drehung der Spindel wie folgt als die Anzahl von Positionserfassungsimpulsen α (< Prev) ausgedrückt werden:
Wenn P2 ≥ P0 ist, wie in Fig. 5(a) gezeigt, ist α = P2 - P0, und
wenn P2 < P0 ist, wie in Fig. 5(b) gezeigt, ist α = P2 - P0 + Prev.
Nach Durchführung der Berechnung mittels Gl.(10) auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit N zum Gewinnen von P1, der Anzahl von Impulsen, die der Differenz zwischen der augenblicklichen Position und der Stopp-Position entspricht, wird gefunden, daß der gewonnene Wert P1 kleiner
als der Wert α (P1 < α) ist, was bedeutet, daß die gegenwärtige Geschwindigkeit N niedriger als eine Geschwindigkeit ist, welche die Spindel in die Lage versetzt, eine Distanz, die den Impulsen α äquivalent ist, in kürzester Zeit zu durchlaufen. In diesem Fall wird die Anzahl von Impulsen α, nicht die Anzahl von Impulsen P1, als der anfängliche Wert der Positionsabweichungis in dem Fehlerzähler gesetzt. Dann wird der Rückkopplungsimpuls Pf, welcher von dem Positionsdetektor geliefert ist, von der anfänglichen Positionsabweichung α subtrahiert, es wird die Quadratwurzel des sich ergebenden Werts mit einem Koeffizienten multipliziert, der durch die Motor-Verzögerungscharakteristik bestimmt ist, um einen Geschwindigkeitsbefehl zu gewinnen (s. die vorstehende Gl.(9)), und es wird die Positionsregelkreissteuerung ausgeführt (der Schalter S1 ist offen, während der Schalter S2 geschlossen ist, welche Schalter in Fig. 2 gezeigt sind). Als Ergebnis steigt die Geschwindigkeit über die gegenwärtige Geschwindigkeit an. Es ist indessen nach wie vor möglich, die Spindel in kürzester zeit längs der Verzögerungslinie L zu positionieren.
Wenn P1, die Anzahl von Impulsen, welche der Differenz zwischen der augenblicklichen Position und der Stopp-Position entspricht, größer als der oder gleich dem Wert α (P1 ≥ α) "α + n Prev" ist, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich "1" ist und die Beziehung erfüllt, wird
α + (n - 1).Prev < P1 ≤ α + n Prev ... (11)
als ein anfänglicher Wert α' der Positionsabweichung gesetzt. Dann wird der Rückkopplungsimpuls Pf, welcher von dem Positionsdetektor geliefert ist, von der anfänglichen Positionsabweichung α' subtrahiert, es wird die Quadratwurzel des sich ergebenden Werts mit dem Koeffizienten multipliziert, der durch die Motor-Verzögerungscharakteristik bestimmt ist, um einen Geschwindigkeitsbefehl zu gewinnen (S. vorstehende Gl.(9)), und es wird die Positionsregelkreissteuerung ausgeführt (Schalter S1 ist offen, während Schalter S2 geschlossen ist, welche Schalter in Fig. 2 gezeigt sind). Da der Wert α', welcher als der anfängliche Wert gesetzt ist, gleich oder geringfügig größer als P1 ist, kann die Geschwindigkeit in einigen Fällen etwas über die gegenwärtige Geschwindigkeit ansteigen, wird jedoch unmittelbar danach längs der Verzögerungslinie L abgesenkt, und die Spindel erreicht die endgültige Stopp-Position in Übereinstimmung mit der Verzögerungslinie L in kürzester Zeit, ohne daß eine zu weit gehende Drehung verursacht wird.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, das eine Übersicht über die "Festpositions-Stoppsteuerungs-Verarbeitung" darstellt, die in diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird, um das zuvor beschriebene Steuerungsverfahren durchzuführen. Im folgenden wird ein Spindel-Positionierungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel anhand des Flußdiagramms beschrieben.
Auf den Empfang des Stopp-und-Positionier-Befehls aus der numerischen Steuer-Einrichtung 8 und eines Stopp-Positioniersignals hin, das als die Anzahl von Impulsen P2 nach der Erzeugung eines Eine-Umdrehung-Signals gegeben ist, führt der Prozessor der Motor-Regelungsschaltung 7 die Ver arbeitung, welche in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 3 gezeigt ist, mit jeder vorbestimmten Periode aus.
Zuerst wird festgestellt, ob die gegenwärtige Geschwindigkeit N des Spindel-Motors 4 innerhalb eines Drehgeschwindigkeitsbereichs liegt, der niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit N1 ist (Schritt S1). Wenn die Drehgeschwindigkeit N des Spindel-Motors 4 nicht niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit N1 ist, wird danach die Grundgeschwindigkeit N1 als der Drehgeschwindigkeitsbefehl Vcmd mit jeder vorbestimmten Periode ausgegeben, bis die Drehgeschwindigkeit niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit N1 wird (Schritt S2), um dadurch die Drehgeschwindigkeit N des Spindel-Motors 4 auf eine solche abzusenken, die niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit N1 ist. Im einzelnen wird, während der Schalter S2 gemäß Fig. 2 ausgeschaltet und der Schalter S1 in dieser Figur eingeschaltet ist, die Grundgeschwindigkeit N1 fortlaufend als der Drehgeschwindigkeitsbefehl Vcmd ausgegeben.
Wenn danach in Schritt S1 darauf geschlossen wird, daß die gegenwärtige Drehgeschwindigkeit N niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit N1 geworden ist, stellt der Prozessor der Motor-Regelungsschaltung 7 fest, ob ein Distanzeinstellungsbeendigungs-Kennzeichnungsbit F gesetzt ist (Schritt S3). In dieser Stufe wird, da das Distanzeinstellungsbeendigungs-Kennzeichnungsbit F wegen der Initialisierung gesetzt bleibt, die Berechnung mittels Gl.(10) unter Benutzung des Werts der gegenwärtigen Drehgeschwindigkeit N durchgeführt, um eine Anzahl von Impulsen P1 zu gewinnen, die der Distanz entspricht, welche der Spindel- Motor 4 durchlaufen wird, bevor er gestoppt wird, wenn der Spindel-Motor 4 längs the Verzögerungslinie L verzögert wird, und die gewonnenen Daten P1 werden in einem Register gespeichert (Schritt S4).
Darauf folgend subtrahiert der Prozessor der Motor-Regelungsschaltung 7 den Wert des Zählers zum Zeitpunkt der Erfassung des Eine-Umdrehung-Signals, welches in der Verriegelungsschaltung zwischengespeichert ist, von dem Wert des Zählers zum Abzählen der Positions-Rückkopplungsimpulse, um die Drehposition P0 der Spindel beginnend von der Position der Erfassung des Eine-Umdrehung-Signals an zu gewinnen, und subtrahiert außerdem die gegenwärtige Position P0 von der Stopp-Position P2, die innerhalb einer Umdrehung der Spindel liegt, um eine Anzahl von Impulsen α (= P2 - P0) zu gewinnen, die der Distanz zwischen der gegenwärtigen Position und der Stopp-Position äquivalent ist (Schritt S5). Wenn der Wert α "0" oder ein positiver Wert ist, wird dieser in einem Positionsabweichungsregister R(e) als ein anfänglicher Wert gespeichert. Wenn der Wert α negativ ist, wird die Summe des Werts α und der Anzahl von Impulsen Prev, die einer Umdrehung der Spindel entspricht, in dem Positionsabweichungsregister R(e) als der anfängliche Wert gespeichert (Schritte S6 bis S8). Wenn die Anzahl von Impulsen α (= P2 - P0), welche in Schritt S5 gewonnen ist, positiv ist, zeigt dies das Vorliegen eines Zustands an, in dem die gegenwärtige Position P0 vor der Stopp-Position P2 liegt, wenn dieser Zustand auf der Grundlage eines Eine- Umdrehung-Bereichs betrachtet wird, der von Erzeugung des Eine-Umdrehung-Signals aus beginnt, wie dies in Fig. 5(a) gezeigt ist. Andererseits wird ferner, wenn die gegenwärtige Position P0 des Spindel-Motors 4 hinter der Stopp-Position P2 liegt, wie dies in Fig. 5(b) gezeigt ist, d. h. wenn P0 > P2 ist und α < 0 ist (Schritt S6), die Anzahl von Impulsen Prev, welche einer Umdrehung der Spindel 1 entspricht, zu α (= P2 - P0) addiert, und der gewonnene Wert oder [P2 - P0 + Prev = α + Prev] wird in dem Positionsabweichungsregister R(e) als der anfängliche Wert der Positionsabweichung gespeichert.
Der Prozessor vergleicht dann die gewonnene Anzahl von Impulsen P1, welche sich in Schritt S4 ergeben hat, mit dem Wert α, der in dem Positionsabweichungsregister R(e) gespeichert ist, d. h. der Anzahl von Impulsen α, die der Distanz zu der Stopp-Position P2 entspricht. Falls der Wert, welcher in dem Positionsabweichungsregister R(e) gespeichert ist, kleiner als die oder gleich der gewonnenen Anzahl von Impulsen P1 ist (Schritt S9), wird die Summe des Werts α, der in dem Positionsabweichungsrregsister R(e) gespeichert ist, und der Anzahl von Impulsen Prev, die einer Umdrehung der Spindel entspricht, in dem Positionsabweichungsregister R(e) als ein neuer Wert gespeichert (Schritt S10), und die Verarbeitung kehrt zu Schritt S9 zurück, in dem der neue Wert α, welcher in dem Positionsabweichungsregister R(e) gespeichert ist, mit the Anzahl von Impulsen P1 verglichen wird. Wenn die Schritte S9 u. S10 auf diese Art und Weise wiederholt werden, steigt der Wert, welcher in dem Positionsabweichungsregister R(e) gespeichert ist, graduell an. Wenn der Wert, welcher in dem Positionsabweichungsregister R(e) gespeichert ist, größer als die Anzahl von Impulsen P1 geworden ist, d. h. wenn eine ganze Zahl n, welche Gl.(11) erfüllt, gefunden ist, wird das Kennzeichnungsbit F gesetzt (Schritt S11), und es wird die Positionsregelkreissteuerung initialisiert. Im einzelnen wird der Schalter S1 in Fig. 2 ausgeschaltet, und der Schalter S2 wird eingeschaltet. Dann wird die Positionsrückkopplungsgröße Pf des gegenwärtigen Zyklus von der Positionsabweichung e subtrahiert, die in dem Positionsabweichungsregister R(e) als der anfängliche Wert gespeichert ist, um eine neue Positionsabweichung e zu gewinnen, die dann in dem Positionsabweichungsregister R(e) gespeichert wird (Schritt S12), und es wird die Quadratwurzel der Positionsabweichung e, welche in dem Positionsabweichungsregister R(e) gespeichert ist, mit der Quadratwurzel des Parameters PRM multipliziert, um einen Geschwindigkeitsbefehl Vcmd zu gewinnen (Schritt S13). Der gewonnene Geschwindigkeitsbefehl wird zu dem Geschwindigkeits-Schleifenregelungsprozess übertragen, und die Verarbeitung des gegenwärtigen Zyklus wird beendet.
In dem nachfolgenden Zyklus und den diesem nachfolgenden Zyklen werden die Schritte S1, S3, S12 u. S13 wiederholt ausgeführt, um den Positions-Schleifenregelungsprozeß durchzuführen, da das Distanzeinstellungsbeendigungs-Kennzeichnungsbit F gesetzt ist. Wenn der Wert, der in dem Positionsabweichungsregister R(e) gespeichert ist, "0" wird, d. h. wenn die Positionsabweichung "0" wird, wird der Geschwindigkeitsbefehl ebenfalls "0", und die Spindel 1 wird gestoppt.
Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft den Fall, in dem das Übersetzungsverhältnis des Kraftübertragungsmechanismus 2 1:1 ist (wie in dem Fall, in dem die Spindel 1 direkt mit dem Spindel-Motor 4 verbunden ist), jedoch kann das Spindel-Positionierungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf ein System, das ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis hat, durch geeignete Korrektur der verschiedenartigen, zuvor angegebenen Gleichungen angewendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Einstellen der Lage einer Spindel in einer gewünschten Drehposition, das Schritte umfaßt zum

Verringern der Drehgeschwindigkeit eines Spindelmotors (4) in Übereinstimmung mit einer Geschwindigkeitsregelung auf eine Geschwindigkeit (N), die niedriger als eine oder gleich einer Grundgeschwindigkeit (N1) ist, welche eine maximale Drehgeschwindigkeit ist, die einen Konstantdrehmomentbereich definiert, wenn ein Festpositions-Stoppbefehl erzeugt wird, während der Betrieb des Spindel-Motors (4) in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeitsregelung gesteuert wird,

Einstellen eines Werts als eine anfängliche Positionsabweichung, der die Beziehung zwischen der gegenwärtigen Position und der befohlenen Stopp-Position des Motors (4) in bezug auf eine Umdrehung des Motors (4) bezeichnet, wenn die Motor-Geschwindigkeit auf die Geschwindigkeit (N) verringert wird, die niedriger als die oder gleich der Geschwindigkeit (N1) ist, und Umschalten der Laufregelungs-Betriebsart des Motors (4) von der Geschwindigkeitsregelung zu einer Positionsregelung, und

danach Ausführen einer linearen Beschleunigungs/Verzögerungsregelung, bis die befohlene Stopp-Position erreicht ist,

wobei das Verfahren Schritte umfaßt zum

Erfassen der Geschwindigkeit des Spindel-Motors (4) und einer Drehposition des Spindel-Motors (4) in bezug auf eine Umdrehung der Spindel, wenn die Geschwindigkeit des Spindel-Motors (4) niedriger als die oder gleich der Grundgeschwindigkeit (N1) wird, die eine maximale Drehgeschwindigkeit ist, welche einen Konstantdrehmomentbereich definiert,

Gewinnen sowohl eines Minimalbetrags der Bewegung, die erforderlich ist, wenn der Spindel-Motor (4) entlang einer Verzögerungslinie (L) verzögert wird, welche auf der Grundlage der erfaßten Geschwindigkeit eingestellt ist, als auch einer Distanz von der erfaßten Drehposition bis zu einer Zielstopp-Position,

nacheinander Addieren eines Betrags der Bewegung, der einer Umdrehung der Spindel entspricht, zu der Distanz, bis die Distanz größer als der Minimalbetrag der Bewegung wird, und Einstellen des gewonnenen Werts als eine Positionsabweichung,

Ausführen einer Positionsregelkreis-Steuerung auf der Grundlage eines Geschwindigkeitsbefehls, der durch Multiplizieren der Quadratwurzel der Positionsabweichung mit einem eingestellten Positionsregelkreis-Übertragungsfaktor gewonnen wird, und

Steuern des Betriebs des Spindel-Motors (4) auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls.

2. Verfahren zum Einstellen der Lage einer Spindel nach Anspruch 1, bei dem der Minimalbetrag der Bewegung durch Dividieren des Quadrats der erfaßten Geschwindigkeit durch einen Parameterwert, welcher gemäß der Verzögerungslinie voreingestellt ist, gewonnen wird und der Positionsregelkreis-Übertragungsfaktor gleich der Quadratwurzel des Parameterwerts ist.

3. Verfahren zum Einstellen der Lage einer Spindel nach Anspruch 1 oder 2, das Schritte umfaßt zum

(a) Verringern der zuvor genannten Drehgeschwindigkeit des Spindel-Motors (4) auf eine Geschwindigkeit N, die niedriger als oder gleich einer maximalen Drehgeschwindigkeit N1 ist, welche einen Konstantdrehmomentbereich definiert, wenn ein Festpositions-Stoppbefehl erzeugt wird,

(b) Berechnen einer Anzahl von Impulsen P1, die ein Positionsdetektor (3) ausgeben wird, wenn der Spindel- Motor (4) aus der Drehgeschwindigkeit N heraus bei einer vorbestimmten Verzögerung bis zum Erreichen einer endgültigen Stopp-Position verzögert wird,

(c) Berechnen einer Anzahl von Impulsen α, die der Positionsdetektor (3) ausgeben wird, während sich die Spindel von einer gegenwärtigen Position bis zu einer befohlenen Stopp-Position dreht, die innerhalb einer Umdrehung der Spindel liegt,

(d) Vergleichen der Anzahl von Impulsen P1, die in Schritt (b) berechnet ist, mit der Anzahl von Impulsen α, die in Schritt (c) berechnet ist,

(e) Setzen der Anzahl von Impulsen α in einem Fehlerzähler als eine anfängliche Positionsabweichung, wenn die Anzahl von Impulsen α größer als die Anzahl von Impulsen P1 ist, oder Setzen eines Werts α + n Prev in dem Fehlerzähler als die anfängliche Positionsabweichung, wenn die Anzahl von Impulsen P1 größer als die oder gleich der Anzahl von Impulsen α ist, wobei Prev eine Anzahl von Impulsen ist, die der Positionsdetektor während einer Umdrehung der Spindel ausgibt, der Wert α + n Prev die Beziehung

α + (n - 1) Prev < P1 ≤ α + n Prev erfüllt, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich "1" ist, und

(f) Subtrahieren der Anzahl von Rückkopplungsimpulsen Pf, die von dem Positionsdetektor (3) ausgegeben sind, von der anfänglichen Positionsabweichung, welche in Schritt (c) gewonnen ist, um einen Geschwindigkeitsbefehl durch Multiplizieren der Quadratwurzel der gewonnenen Differenz mit einem Übertragungsfaktor zu gewinnen, der durch eine Motor-Verzögerungscharakteristik bestimmt ist, so daß der Lauf des Spindel-Motors (4) auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls gesteuert wird.