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Dokumentenidentifikation DE10085353B4 16.02.2006
Titel Servosteuervorrichtung
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Tsutsui, Kazuhiko, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 01.11.2000
DE-Aktenzeichen 10085353
WO-Anmeldetag 01.11.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/JP00/07702
WO-Veröffentlichungsnummer 0000238332
WO-Veröffentlichungsdatum 16.05.2002
Date of publication of WO application in German translation 04.09.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.02.2006
IPC-Hauptklasse B23Q 15/12(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse H02P 5/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      G05B 11/36(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      G05B 13/02(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Servosteuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere auf eine Servosteuervorrichtung zum Unterdrücken einer periodischen Störung.

Stand der Technik

10 ist ein Steuerungsblockdiagramm einer Servosteuervorrichtung umfassend eine Korrekturvorrichtung für eine periodischen Störung in einer Geschwindigkeitssteuerschleife für den Zweck des Korrigierens in einem System, dem im Stand der Technik eine periodische Störung hinzugefügt wird.

In 10 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt, Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Positionssteuerabschnitt, Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt, Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Stromsteuerabschnitt, Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Leistungsverstärkerschaltung, Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Servomotor zum Ansteuern eines Maschinensystems, Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Kodierer zum Erfassender Drehposition des Servomotors 6 und Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Differenzierungsmittel zum Differenzieren eines Positionserfassungssignals, das durch den Kodierer 7 ausgegeben wird, um eine Geschwindigkeit zu kalkulieren. Der Kodierer 7 und das Differenzierungsmittel 8 machen ein Motorgeschwindigkeits-Erfassungsmittel aus. Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Positionsbefehl, ausgegeben von dem Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt 1, Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Positionsrückmeldungssignal, ausgegeben von dem Kodierer 7, Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Geschwindigkeitsbefehl, ausgegeben von dem Positionssteuerabschnitt 2, Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Geschwindigkeitserfassungssignal (Geschwindigkeitsrückmeldungssignal), ausgegeben von dem Differenzierungsmittel 8, Bezugszeichen 13 bezeichnet ein Geschwindigkeitsabweichungssignal der Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl 11 und dem Geschwindigkeitserfassungssignal 12, Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Strombefehl, ausgegeben von dem Geschwindigkeitssteuerabschnitt 3, Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Strombefehl, zu dem ein Korrekturwert 20, ausgegeben durch eine Korrekturvorrichtung für eine periodische Störung 19 hinzugefügt wird, Bezugszeichen 16 bezeichnet ein Stromrückmeldungssignal, das einen Strom anzeigt, der in den Servomotor 6 fließt, Bezugszeichen 17 bezeichnet das Maschinensystem, das durch den Servomotor 6 angesteuert wird, und Bezugszeichen 18 bezeichnet eine periodische Störung.

In der Servosteuervorrichtung folgt das Positionsrückmeldungssignal 10 des Servomotors 6, erfasst durch den Kodierer 7, dem Positionsbefehlssignal 9, ausgegeben durch den Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt 1 zum Rotieren des Servomotors 6. Um diese Operation bei einer hohen Geschwindigkeit stabil durchzuführen, erzeugt der Positionssteuerabschnitt 2 den Geschwindigkeitsbefehl 11 basierend auf einem Abweichungssignal zwischen dem Positionsbefehl 9 und dem Positionsrückmeldungssignal 10, und der Geschwindigkeitssteuerabschnitt 3 gibt den Strombefehl 14 an den Servomotor 6 aus, sodass das Geschwindigkeitsrückmeldungssignal, das durch das Differenzierungsmittel 8 basierend auf dem Positionsrückmeldungssignal 10 erzeugt wird, dem Geschwindigkeitsbefehl 11 folgt. Ein Korrekturwert 20 zum Unterdrücken der Wirkung einer Störung wird dem Strombefehl 14 hinzugefügt, und der Stromsteuerabschnitt und die Leistungsverstärkerschaltung 5 steuern den elektrischen Strom, dem ermöglicht wird, in den Servomotor 6 zu fließen, sodass das Stromrückmeldungssignal 16, das den Wert des Stroms anzeigt, der in den Servomotor 6 fließt, ihm folgt.

Übrigens beeinflusst in einem Maschinenwerkzeug die Störung 18, die durch Motordrehung, Drehung einer Kugelrollspindel oder eine natürliche Frequenz einer Maschine verursacht wird, häufig eine Schnittgenauigkeit nachteilig.

Bisher wurde die Reaktionsfähigkeit einer Positionsschleife oder einer Geschwindigkeitsschleife zum Unterdrücken der nachteiligen Wirkung verbessert und um sie zu realisieren war es notwendig, die Verstärkungen des Positionssteuerabschnitts 2 und des Geschwindigkeitssteuerabschnitts 3 zu erhöhen und die Verstärkung einer Störungsbeobachtungsvorrichtung zu erhöhen.

In den Verfahren werden jedoch die Verstärkungen in allen Frequenzbändern erhöht und es gibt ein Problem des Induzierens einer Maschinenresonanz bei der natürlichen Frequenz eines Maschinensystems etc.

Wenn die Proportionalitätskonstante zwischen der Störungsfrequenz und der Motordrehgeschwindigkeit bereits bekannt ist, wird die Technik des Hinzufügens eines Korrekturwerts 20 zu dem Strombefehl 14 basierend auf der Information oder dergleichen verwendet, wie in 10 gezeigt; in diesem Fall müssen auch die Amplitude und Phase des Korrekturbetrags durch vorheriges Messen der Geschwindigkeitswellenform und der Stromwellenform, wenn die Maschine gestartet wird, und Messen des Schnittergebnisses bestimmt werden. Selbst wenn ein angemessener Wert bei einer Drehgeschwindigkeit eingestellt wird, weichen der Korrekturbetrag (Verstärkung) und die Phase wegen einer Änderung in der Störfrequenz, die durch eine Änderung in der Motordrehgeschwindigkeit während einer Ausführung einer normalen Motorsteuerung verursacht wird, ab und es kann keine Wirkung erzeugt werden; dies ist ein Problem.

Wenn eine Schwankung, die durch die periodische Störung 18 verursacht wird, nicht in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal 12 oder dem Stromrückmeldungssignal 16, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint und die Wirkung der Störung 18 nur an einem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, tritt ein Problem auf, dass eine Bestimmung des geeigneten Werts der Amplitude und Phase des Korrekturbetrags oder dergleichen nicht vorgenommen werden kann.

Auch in einem Servosystem, zu dem die Schnittstörung 18, die wegen der Anzahl von Zähnen eines Werkzeugs, das an einer Hauptwelle befestigt ist, oder die Störung 18, die der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle mit einem Faktor außer der gesteuerten Welle wie etwa eine Berührungsdrehung um die Welle wie etwa ein Magnetlager zum Unterstützen der Welle eines Spindelmotors eines Maschinenwerkzeugs unter Verwendung eines Elektromagneten proportional ist, hinzugefügt wird, wurde ferner bisher im wesentlichen die Reaktionsfähigkeit einer Positionsschleife oder einer Geschwindigkeitsschleife zum Unterdrücken der nachteiligen Wirkung verbessert und um sie zu realisieren, war es notwendig, die Verstärkungen des Positionssteuerabschnitts 2 und des Geschwindigkeitssteuerabschnitts 3 zu erhöhen und die Verstärkung einer Störungsbeobachtungsvorrichtung zu erhöhen. Die Verfahren beziehen jedoch ein Problem ein, dass leicht eine Maschinenresonanz bei der natürlichen Frequenz eines Maschinensystems etc. hervorgerufen wird.

EP 0 806 717 A1 offenbart ein Verfahren zum Schätzen der Störungslast an Servomotoren, wobei die Störungslast durch Differenzbildung zwischen einer tatsächlichen Servomotorbeschleunigung und einer geschätzten Beschleunigung geschätzt wird, die sich aus einer effektiven Stromkomponente ergibt, welche zu einem Drehmoment des Servomotors beiträgt. Ein Korrekturwert E2 wird bei diesem Verfahren durch einfache Differenzbildung von Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitssignalen erzeugt.

Ferner beschreibt EP 0 407 628 B1 ein Verfahren zur Eliminierung des Einflusses von periodischen Störgrößen mit bekannter, veränderlicher Frequenz, welche insbesondere in Regelkreisen zwischen Stellglied und Regelstrecke angreifen.

Offenlegung der Erfindung

Die Erfindung ist zur Lösung der wie oben beschriebenen Probleme gedacht, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Servosteuervorrichtung zum möglichst schnellen Unterdrücken von periodischen Störungen in Echtzeit in der Steuerung der Zugwellenposition zu schaffen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Servosteuervorrichtung gelöst, die die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.

Somit kann die Störung mit einer Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit in das Servosystem, das die angesteuerte Maschine enthält, geladen werden (hinzugefügt werden), und die Wirkung der Störung kann in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung unterdrückt werden.

Ferner ist eine Servosteuervorrichtung vorgesehen, umfassend Erfassungsmittel zum Erfassen der Position und Geschwindigkeit eines Servomotors, einen Positionssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls basierend auf der Differenz zwischen einem Positionsbefehl und einem Positionsrückmeldungssignal, ausgegeben durch das oben erwähnte Erfassungsmittel, einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Strombefehls basierend auf der Differenz zwischen dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl und einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal, einen Stromsteuerabschnitt zum Steuern eines elektrischen Stroms, dem ermöglicht wird, in den oben erwähnten Motor zu fließen, basierend auf dem oben erwähnten Strombefehl, und eine Schätzfunktion für eine periodische Störung, ob eine Störung mit einer Frequenz proportional zu der Drehgeschwindigkeit des oben erwähnten Motors in ein Servosystem, das eine angesteuerte Maschine enthält, geladen wird (hinzugefügt wird), wobei die Schätzfunktion für eine periodische Störung vorgesehen ist zum Eingeben von Information einer Proportionalitätskonstante zwischen der Störungsfrequenz und der Motordrehgeschwindigkeit, Motorpositionsinformation und eines Differenzsignals zwischen dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl und dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal und Schätzen von Beträgen einer Sinuswellenkomponente und einer Cosinuswellenkomponente bei der Frequenz der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung, wobei die Sinuswellenkomponente und die Cosinuswellenkomponente, die bei der Frequenz der Störung geschätzt werden, kombiniert werden und das Ergebnis dem oben erwähnten Strombefehl als ein Korrekturwert in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung hinzugefügt wird, sodass wenn die Störung mit einer Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit in das Servosystem, das die angesteuerte Maschine enthält, geladen wird (hinzugefügt wird), eine Phasenabstimmung, die in der Korrektur einer periodischen Störung, die im Stand der Technik vorgenommen wird, ausgeführt wird, nicht erforderlich ist und eine Erfassung vorgenommen werden kann, während eine Korrektur in Echtzeit ausgeführt wird.

Dies sieht den Vorteil vor, dass wenn der Korrekturbetrag (Verstärkung) und die Phase wegen einer Änderung in der Störfrequenz, die durch eine Änderung in der Motordrehgeschwindigkeit während einer Motordrehung, wie etwa einem tatsächlichen Schnitt, verursacht wird, abweichen, der Korrekturbetrag in Echtzeit korrigiert wird und somit eine Korrektur ohne Phasenverzögerung in dem gesamten Geschwindigkeitsbereich von einer Geschwindigkeit oder mehr vorgenommen wird und ein gutes Schnittergebnis erzeugt werden kann.

Da die Korrektur in Echtzeit vorgenommen wird, wird auch der Vorteil vorgesehen, dass die Notwendigkeit zum Abstimmen der Phase und der Korrekturverstärkung für jede Maschine, die durch einen Menschen durchgeführt wird, entfällt.

Ferner ist eine Servosteuervorrichtung vorgesehen, umfassend Erfassungsmittel zum Erfassen der Position und Geschwindigkeit eines Servomotors, einen Positionssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls basierend auf der Differenz zwischen einem Positionsbefehl und einem Positionsrückmeldungssignal, ausgegeben durch das oben erwähnte Erfassungsmittel, einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Strombefehls basierend auf der Differenz zwischen dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl und einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal, einen Stromsteuerabschnitt zum Steuern eines elektrischen Stroms, dem ermöglicht wird, in den oben erwähnten Motor zu fließen, basierend auf dem oben erwähnten Strombefehl, und eine Schätzfunktion für eine periodische Störung, ob eine Störung, die in ein Servosystem geladen wird (hinzugefügt wird), eine maschinen-passende feste Frequenz hat, wobei die Schätzfunktion für eine periodische Störung vorgesehen ist zum Eingeben von Information der maschinen-passenden Frequenz und eines Differenzsignals zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl und dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal und Schätzen von Beträgen einer Sinuswellenkomponente und einer Cosinuswellenkomponente bei der Frequenz der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung, wobei die Sinuswellenkomponente und die Cosinuswellenkomponente, die bei der Frequenz der Störung geschätzt werden, kombiniert werden und das Ergebnis dem oben erwähnten Strombefehl als ein Korrekturwert in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung hinzugefügt wird, sodass selbst wenn die Störung, die durch die maschinen-passende Frequenz verursacht wird, die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, eine Phasenabstimmung, die in der Korrektur einer periodischen Störung im Stand der Technik ausgeführt wird, nicht erforderlich ist und während die Störkomponente ohne Auswirkung einer Phasenverzögerung in Echtzeit erfasst wird, eine Korrektur vorgenommen werden kann und die Wirkung der Störung unterdrückt werden kann.

Wenn somit die Störung, die dem Servosystem hinzugefügt wird, eine maschinen-passende feste Frequenz hat, kann die Wirkung der Störung unterdrückt werden.

Ferner ist eine Servosteuervorrichtung vorgesehen, umfassend Erfassungsmittel zum Erfassen der Position und Geschwindigkeit eines Servomotors, einen Positionssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls basierend auf der Differenz zwischen einem Positionsbefehl und einem Positionsrückmeldungssignal, ausgegeben durch das oben erwähnte Erfassungsmittel, einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Strombefehls basierend auf der Differenz zwischen dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl und einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal, einen Stromsteuerabschnitt zum Steuern eines elektrischen Stroms, dem ermöglicht wird, in den oben erwähnten Motor zu fließen, basierend auf dem oben erwähnten Strombefehl, und eine Schätzfunktion für eine periodische Störung, ob eine Störung mit einer Frequenz proportional zu der Drehgeschwindigkeit des oben erwähnten Motors in ein Servosystem, das eine angesteuerte Maschine enthält, geladen wird (hinzugefügt wird), wobei die Schätzfunktion für eine periodische Störung vorgesehen ist zum Eingeben von Information einer Proportionalitätskonstante zwischen der Störfrequenz und der Motordrehgeschwindigkeit, Motorpositionsinformation und eines Ausgangssignals von einem externen Abstandssensor, der an einem Maschinenende befestigt ist, und Schätzen von Beträgen einer Sinuswellenkomponente und einer Cosinuswellenkomponente bei der Frequenz der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung, wobei die Sinuswellenkomponente und die Cosinuswellenkomponente, die bei der Frequenz der Störung geschätzt werden, kombiniert werden und das Ergebnis dem oben erwähnten Strombefehl als ein Korrekturwert in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung hinzugefügt wird, sodass selbst wenn eine Schwankung, die durch die periodischen Störung verursacht wird, nicht in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal oder einem Stromrückmeldungssignal, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint und die Wirkung der Störung nur an dem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, während die Störkomponente ohne Auswirkung einer Phasenverzögerung in Echtzeit erfasst wird, eine Korrektur vorgenommen werden kann und die Wirkung der Störung unterdrückt werden kann.

Wenn somit eine Schwankung, die durch die periodische Störung mit einer Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit verursacht wird, nicht in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal oder einem Stromrückmeldungssignal, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint, und die Wirkung der Störung nur an dem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, kann die Wirkung der Störung unterdrückt werden.

Ferner ist eine Servosteuervorrichtung vorgesehen, umfassend Erfassungsmittel zum Erfassen der Position und Geschwindigkeit eines Servomotors, einen Positionssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls basierend auf der Differenz zwischen einem Positionsbefehl und einem Positionsrückmeldungssignal, ausgegeben durch das oben erwähnte Erfassungsmittel, einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Strombefehls basierend auf der Differenz zwischen dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl und einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal, einen Stromsteuerabschnitt zum Steuern eines elektrischen Stroms, dem ermöglicht wird, in den oben erwähnten Motor zu fließen, basierend auf dem oben erwähnten Strombefehl, und eine Schätzfunktion für eine periodische Störung, ob eine Störung, die in ein Servosystem geladen wird (hinzugefügt wird), eine maschinen-passende feste Frequenz hat, wobei die Schätzfunktion für eine periodische Störung vorgesehen ist zum Eingeben von Information der maschinenpassenden Frequenz und eines Ausgangssignals von einem externen Abstandsensor, der an einem Maschinenende befestigt ist, und Schätzen von Beträgen einer Sinuswellenkomponente und einer Cosinuswellenkomponente bei der Frequenz der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung, wobei die Sinuswellenkomponente und die Cosinuswellenkomponente, die bei der Frequenz der Störung geschätzt werden, kombiniert werden und das Ergebnis dem oben erwähnten Strombefehl als ein Korrekturwert in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung hinzugefügt wird, sodass selbst wenn eine Schwankung, die durch die periodische Störung verursacht wird, nicht in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal oder einem Stromrückmeldungssignal, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint und die Wirkung der Störung nur an dem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, während die Störkomponente ohne Auswirkung einer Phasenverzögerung in Echtzeit erfasst wird, eine Korrektur vorgenommen werden kann und die Wirkung der Störung unterdrückt werden kann.

Wenn somit eine Schwankung, die durch die periodische Störung mit der maschinen-passenden festen Frequenz nicht in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal oder einem Stromrückmeldungssignal, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint, und die Wirkung der Störung nur an dem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, kann die Wirkung der Störung unterdrückt werden.

Ferner ist eine Servosteuervorrichtung vorgesehen, umfassend Erfassungsmittel zum Erfassen der Position und Geschwindigkeit eines Servomotors, einen Positionssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls basierend auf der Differenz zwischen einem Positionsbefehl und einem Positionsrückmeldungssignal, ausgegeben durch das oben erwähnte Erfassungsmittel, einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt zum Erzeugen eines Strombefehls basierend auf der Differenz zwischen dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl und einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal, einen Stromsteuerabschnitt zum Steuern eines elektrischen Stroms, dem ermöglicht wird, in den oben erwähnten Motor zu fließen, basierend auf dem oben erwähnten Strombefehl, ein Erfassungsmittel zum Erfassen einer Drehgeschwindigkeit einer Hauptwelle und eine Schätzfunktion für eine periodische Störung, ob eine Störung proportional zu der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle einem Servosystem hinzugefügt wird, wobei die Schätzfunktion für eine periodische Störung vorgesehen ist zum Eingeben von Information einer Proportionalitätskonstante zwischen der Störfrequenz und der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle, Information der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle und eines Differenzsignals zwischen dem oben erwähnten Geschwindigkeitsbefehl und dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal und Schätzen von Beträgen einer Sinuswellenkomponente und einer Cosinuswellenkomponente bei der Frequenz der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung, wobei die Sinuswellenkomponente und die Cosinuswellenkomponente, die bei der Frequenz der Störung geschätzt werden, kombiniert werden und das Ergebnis dem oben erwähnten Strombefehl als ein Korrekturwert in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung hinzugefügt wird, sodass selbst wenn die Störung, die dem Servomotor hinzugefügt wird, eine Störung ist, die durch die Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors und der Hauptwelle einer Steuervorrichtung, gesteuert durch die gleiche numerische Steuervorrichtung, verursacht wird, es möglich gemacht wird, die Wirkung der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung zu unterdrücken.

Wenn somit die Störung, die dem Servomotor hinzugefügt wird, eine Störung ist, die durch die Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors und der Steuervorrichtung der Hauptwelle, gesteuert durch die gleiche numerische Steuervorrichtung, verursacht wird (z.B. Schnittstörung, die wegen der Anzahl von Zähnen eines Werkzeugs auftritt, das an einer Hauptwelle befestigt ist, oder Störung proportional zu der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle eines Faktors außer der gesteuerten Welle wie etwa eine Berührungsdrehung um die Welle wie etwa ein Magnetlager zum Unterstützen der Welle eines Spindelmotors eines Maschinenwerkzeugs, das einen Elektromagneten verwendet), kann die Wirkung der Störung unterdrückt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm, um eine Servosteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung zu zeigen.

2 ist ein Blockdiagramm, um die Details einer Schätzfunktion einer periodischen Störung in der Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung zu zeigen.

3 ist ein Blockdiagramm, um eine Geschwindigkeitssteuerschleife in der Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung zu zeigen.

4 ist eine Zeichnung, um das Simulationsergebnis zu zeigen, um die Effektivität der Ausführungsform 1 der Erfindung zu zeigen.

5 ist ein Blockdiagramm, um eine Servosteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung zu zeigen.

6 ist ein Blockdiagramm, um die Details einer Schätzfunktion einer periodischen Störung in der Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung zu zeigen.

7 ist ein Blockdiagramm, um eine Servosteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 der Erfindung zu zeigen.

8 ist ein Blockdiagramm, um eine Servosteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 der Erfindung zu zeigen.

9 ist ein Blockdiagramm, um eine Servosteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der Erfindung zu zeigen.

10 ist ein Blockdiagramm, um eine Servosteuervorrichtung des Stands der Technik zu zeigen.

Bester Modus zum Ausführen der Erfindung Ausführungsform 1

Es wird eine Ausführungsform 1 der Erfindung mit 1 bis 4 erörtert.

Wenn eine Störung mit einer Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit in ein Servosystem, das eine angesteuerte Maschine enthält, geladen wird (hinzugefügt wird), ist die Ausführungsform 1 zum Unterdrücken der Wirkung der Störung gedacht.

1 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung. Die Figur ist ähnlich zu 10, um die Vorrichtung des Stands der Technik zu zeigen, mit Ausnahme, dass ein Geschwindigkeitssteuerabschnitt 3 als eine PI-Steuerung eines allgemeinen Steuersystems dargestellt wird, dass die Summe von Ausgabe 23 einer Proportionalsteuervorrichtung 21 und Ausgabe 24 einer Integrationssteuervorrichtung 22 ein Strombefehl wird, bevor ein Korrekturwert 26 einer periodischen Störung 18 hinzugefügt wird, oder dass eine Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 vorgesehen wird, in die ein Geschwindigkeitsabweichungssignal 13 und Ausgabe 10 einer Erfassungsvorrichtung 7, die die Position eines Servomotors 6 anzeigt, zum Kalkulieren des Korrekturwerts der periodische Störung 18 eingegeben werden.

2 ist ein Blockdiagramm, um die Details der Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 zu zeigen. In der Figur wird das Geschwindigkeitsabweichungssignal 13 einer Ausgabe eines Integrierers 27 mit einem bekannten konstanten Parameter eines Motordrehmoments KT^, einem Trägheitsparameter J^ um eine Motorwelle, die eine Maschine enthält, und einer Verstärkung KP der Proportionalsteuervorrichtung 21 als Koeffizienten hinzugefügt und danach wird das Ergebnis mit einer Verstärkung 28 (Verstärkung mit einem Parameter (Zeitkonstante einer Schätzung einer periodischen Störung) &ggr; und Trägheitsparameter J^ als Koeffizienten) multipliziert, um eine Ausgabe 29 zu erzeugen. In der folgenden Beschreibung stellen die Symbole, die die Parameter wie etwa oben erwähnte KT und J mit dem Präfix "^" darstellen, Kalkulationswerte oder Schätzwerte bezüglich den wahren Werte dar.

Die Verstärkung einer Sinuswellenkomponente, die einen Teil des Korrekturwert der periodischen Störung 18 bildet, A^ und die Verstärkung einer Cosinuswellenkomponente B^ sein lassend, kann die Sinuswellenkomponenten-Verstärkung A^ durch Multiplizieren der Ausgabe 29 mit cos(&agr;·&thgr;), angezeigt durch Bezugszeichen 30, Weitergeben des Ergebnisses durch ein Tiefpassfilter 31 und Integrieren des Ergebnisses durch einen Integrierer 32 erfasst werden. Hier ist &agr; eine Proportionalitätskonstante zwischen einer bekannten Störfrequenz und einer Motordrehgeschwindigkeit und &thgr; ist eine Motorposition (Motorwinkelinformation).

Gleichermaßen kann die Cosinuswellenkomponenten-Verstärkung B^ erfasst werden durch Multiplizieren der Ausgabe 29 mit sin (&agr;·&thgr;), angezeigt durch Bezugszeichen 35, Weitergeben des Ergebnisses durch ein Tiefpassfilter 36 und Integrieren des Ergebnisses durch einen Integrierer 37 mit –1 als einem Koeffizienten.

Deshalb werden die Sinuswellenkomponenten-Verstärkung A^ und die Cosinuswellenkomponenten-Verstärkung B^ mit sin (&agr;·&thgr;) bzw. cos (&agr;·&thgr;) multipliziert und die Ergebnisse werden summiert, wodurch der Korrekturwert 26 der periodischen Störung 18 kalkuliert werden kann.

Das Signal wird dem Strombefehl 14 hinzugefügt, um den Strombefehl 15, der an den tatsächlichen Servomotor 6 gegeben wird, zu erzeugen, wodurch es möglich gemacht wird, die Wirkung der Störung 18 mit der Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit, die in das Servosystem geladen wird (hinzugefügt wird), das die Maschine enthält, in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung zu unterdrücken.

Der Grund, warum die oben erwähnte Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 die Störung mit der Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung unterdrücken kann, ist wie folgt:

Wenn zuerst die Störung 18, die dem Servomotor 6 hinzugefügt wird, eine Störung mit einer Frequenz proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Servomotors ist, wird die Störung allgemein durch den folgenden Ausdruck dargestellt. In Ausdruck (1) ist T eine Amplitude, &PHgr; ist eine Phase und &agr; ist eine Proportionalitätskonstante zwischen einer bekannten Störfrequenz und einer Motordrehgeschwindigkeit; um z.B. eine Schnittstörung zu beseitigen, wird &agr; die Anzahl von Kanten eines Werkzeugs oder um die Welligkeit einer Geschwindigkeit eines Motors mit einem großen Versatzdrehmoment zu verbessern, wird &agr; im allgemeinen das kleinste gemeinsame Vielfache zwischen der Anzahl von Polen des Motors und der Anzahl von Schlitzen. &thgr; bezeichnet eine Motorposition (Motorwinkelinformation). (Störung 18) = T·sin (&agr;·&thgr; + &PHgr;)(1)

Der Korrekturwert 26 wird zu dieser Zeit durch den folgenden Ausdruck dargestellt (Korrekturwert 26) = –A^·sin (&agr;·&thgr;) –B^·cos (&agr;·&thgr;)(2)

Angenommen, dass sich der Servomotor bei einer Drehgeschwindigkeit dreht, können hier Ausdrücke (1) und (2) durch den folgenden Ausdruck ersetzt werden. &ohgr; ist eine Winkelgeschwindigkeit des Motors und t bezeichnet die Zeit. (Störung 18) = T·sin (&agr;·&ohgr; t + &PHgr;)(3) (Korrekturwert 26) = –A^·sin(&agr;·&ohgr;·t) –B^·cos(&agr;·&ohgr;·t)(4)

Zu dieser Zeit ist die Reaktionsfähigkeit einer Stromschleife mit dem Strombefehl 15 als Eingabe und der Stromrückmeldung 16 als Ausgabe ausreichend höher als die Reaktionsfähigkeit einer Geschwindigkeitsschleife und bei Betrachten der Geschwindigkeitsschleife von dem Geschwindigkeitsbefehl 11 zu der Geschwindigkeitsrückmeldung 12, wenn der Geschwindigkeitsbefehl 0 ist, wird das Drehmoment TM, das an den Motor 6 angelegt wird, Ausdruck (5), der eine Störung enthält. Um hier die Kalkulation zu vereinfachen, unter Annahme, dass Verstärkung KI der Integrationssteuervorrichtung 22 =0 ist, kann 1 als ein Blockdiagramm von 3 dargestellt werden. (Drehmoment, angelegt an Motor: TM) = [1/{1 + KP·KT/(J s)}]· {(–KT·A^-Tcos&PHgr;)·sin(&agr;·&ohgr;·t) + (–KT·B^-Tsin&PHgr;)·cos(&agr;·&ohgr;·t)(5)

Hier ist KT eine Drehmomentkonstante eines tatsächlichen Motors und J ist eine Trägheit um die Motorwelle, die die tatsächliche Maschine enthält. Zu dieser Zeit kann die Verstärkung A^ der Sinuswellenkomponente, die durch die Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 kalkuliert wird, wie in Ausdruck (6) dargestellt werden. A^ = {1/s}·{&bgr;/(s + &bgr;)}·cos(&agr;·&ohgr;·t)·×&ggr;·J^·{1 + KP·KT^/(J^·s)}· [0 – {1/(J·s)}·TM] = {1/s}·{&bgr;/(s + &bgr;)}·cos(&agr;·&ohgr;·t)·&ggr;·J^·{1 + KP· KT^/(J^·s)}·{–1/(J·s)·[1/{1 + KP·KT/(J·s)}]·{(–KT·A^ – Tcos&PHgr;)· sin(&agr;·&ohgr;·t) + (–KT·B^ – Tsin&PHgr;)·cos(&agr;·&ohgr;·t)}(6)

Angenommen, dass KT^ ≒ KT und dass J^ ≒ J, kann Ausdruck (6) hier wie Ausdruck (7) dargestellt werden. A^ = {1/s}·{&bgr;/(s + &bgr;)}·cos(&agr;·&ohgr;·t)·&ggr;·(–1/s)·{(–KT·A^ – Tcos&PHgr;)· sin(&agr;·&ohgr;·t) + (–KT·B^ – Tsin&PHgr;)·cos(&agr;·&ohgr;·t)}

= {1/s}·{&bgr;/(s + &bgr;)}·&ggr;·[{(–KT·A^ – Tcos&PHgr;)/(2&agr;·&ohgr;)}·{1 + cos(2&agr;· &ohgr;·t)} – {(–KT·B^ – Tsin&PHgr;)/(2&agr;·&ohgr;)}·sin(2&agr;·&ohgr;·t)]

= {1/s}·&ggr;·{(–KT·A^ – Tcos&PHgr;)/(2&agr;·&ohgr;)}(7)

Deshalb A^ = {&ggr;·KT/(2&agr;·&ohgr;)}/[s + {&ggr;·KT/(2&agr;·&ohgr;)}]·(–Tcos&PHgr;)/KT(8)

Angenommen, dass die Verstärkung A^ der Sinuswellenkomponente nur geschätzt und korrigiert wird, wenn sich der Servomotor bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von &ohgr;0 oder mehr dreht, nähert sich hier die Verstärkung A^ der Sinuswellenkomponente an (–Tcos&PHgr;)/KT mit einer Zeitkonstante (2&agr;·&ohgr;0)/(&ggr; KT) an. A^ => (–Tcos&PHgr;)/KT(9)

Gleichermaßen kann die Verstärkung B^ der Cosinuswellenkomponente, die durch die Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 kalkuliert wird, durch Ausdruck (10) dargestellt werden. B^ = {1/s}·{&bgr;/(s + &bgr;)}·sin&ohgr;·t)·&ggr;·J^·{1 + KP·KT^/(J^·s)}· [0 – {1/(J·s)}·TM] = {1/s}·{&bgr;/(s + &bgr;)}·sin&ohgr;·t)·&ggr;·J^·{1 + KP· KT^/(J^·s)}·{–1/(J·s)·[1/{(1 + KP·KT/(J·s)}]·{(–KT·A^ – Tcos&PHgr;)· sin(&agr;·&ohgr;·t) + (–KT·B^ – Tsin&PHgr;)·cos(&agr;·&ohgr;·t)}(10)

Angenommen, dass KT^ KT und dass J^ J, kann Ausdruck (10) wie Ausdruck (11) dargestellt werden. B^ = {1/s}·{&bgr;/(s + &bgr;)}·sin(&agr;·&ohgr;·t)·&ggr;·(–1/s)·{(–KT·A^ – Tcos&PHgr;)· sin(&agr;·&ohgr;·t) + (–KT·B^ – Tsin&PHgr;)·cos(&agr;·&ohgr;·t)}

= {1/s}·{&bgr;/(s + &bgr;)}·&ggr;·[{(–KT·A^ – Tcos&PHgr;)/(2&agr;·&ohgr;)}·sin(2&agr;·&ohgr;· t)] – {(–KT·B^ – Tsin&PHgr;)/(2&agr;·&ohgr;)}·{1 – cos(2&agr;·&ohgr;·t)}]

= {1/s}·&ggr;·{(–KT·B^ – Tsin&PHgr;)/(2&agr;·&ohgr;)}(11)

Deshalb B^ = {&ggr;·KT/(2&agr;·&ohgr;)}/[s + {&ggr;·KT/(2&agr;·&ohgr;)}]·(–Tsin&PHgr;)/KT(12)

Angenommen, dass die Verstärkung B^ der Kosinuswellenkomponente nur geschätzt und korrigiert wird, wenn sich der Servomotor bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von &ohgr;0 oder mehr dreht, nähert sich hier die Verstärkung B^ der Cosinuswellenkomponente an (–Tsin&PHgr;)/KT mit einer Zeitkonstante (2&agr;·&ohgr;0)}/(&ggr;·KT) an. B^ => (–Tsin&PHgr;)/KT(13)

Deshalb wird aus Ausdrücken (9), (13) und (5) die Wirkung der Störung aufgehoben und das Drehmoment TM, das an den Motor angelegt wird, ist TM -> 0 die Wirkungen der Geschwindigkeitsabweichung und der Positionsabweichung, verursacht durch die Störung, werden beseitigt.

4 zeigt das Ergebnis einer Simulation, die durchgeführt wird, um die Effektivität der Servosteuervorrichtung, die wie in 1 und 2 konfiguriert ist, für die Störung 18 mit der Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit zu zeigen. Hier wird angenommen, dass wenn die Drehgeschwindigkeit des Servomotors ein konstanter Wert ist, eine periodische Störung (Frequenz von 40 Hz und Phase &PHgr; von 225 Grad) mit einer Amplitude von 10 kgf cm mit einer stationären Last von 30 kgf cm als die Amplitude der Störung 18 angelegt wird; die obere Stufe zeigt die Positionsabweichung (Dloop), die Zwischenstufe zeigt den Schätzwert der Verstärkung A^ der Sinuswellenkomponente und die untere Stufe zeigt den Schätzwert der Verstärkung B^ der Cosinuswellenkomponente.

Wie in 4 zu sehen ist, wurde bestätigt, dass die Vibration, die erscheint, wie die Positionsabweichung gerade nachdem die Störung 18 geladen ist (hinzugefügt ist), gedämpft wird, da die Schätzung der Verstärkung A^ der Sinuswellenkomponente, der Verstärkung B^ der Cosinuswellenkomponente konvergiert.

Ausführungsform 2

Als nächstes wird eine Ausführungsform 2 der Erfindung mit 5 und 6 erörtert.

Wenn eine Störung 18, die an einen Servomotor 6 angelegt wird, eine maschinen-passende feste Frequenz hat, ist die Ausführung 2 zum Unterdrücken der Wirkung der Störung 18 gedacht.

5 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung; sie ist 1 ähnlich mit der Ausnahme, dass eine Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 zum Kalkulieren des Korrekturwerts der periodischen Störung 18 ein Periodensignal 41, das von einem Takt 40 vorgesehen wird, in die Servosteuervorrichtung an Stelle eines Positionssignals 10 eingibt.

6 ist ein Blockdiagramm, um die Details der Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 zu zeigen. Wenn die Störung 18, die an den Servomotor angelegt wird, eine maschinen-passende feste Frequenz hat, erstellt die Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 Information &agr; der passenden Frequenz und einer bekannten Resonanzfrequenz eines Maschinensystems unter Verwendung des Periodensignals 41, das von dem Takt 40 vorgesehen wird, in der Servosteuervorrichtung, wodurch cos(&agr;·&ohgr;c·t) und sin(&agr;·&ohgr;c·t) erzeugt werden. Wie in der Ausführungsform 1 gibt sie ein Differenzsignal 13 zwischen einem Geschwindigkeitsbefehl und einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal ein, schätzt Verstärkung A^ einer Sinuswellenkomponente und Verstärkung B^ einer Cosinuswellenkomponente, die den Korrekturwert der periodischen Störung 18 bilden, multipliziert die Verstärkung der Sinuswellenkomponente A^ und die Verstärkung der Cosinuswellenkomponente B^ mit sin(&agr;·wc·t) bzw. cos(&agr;·&ohgr;c·t) und summiert die Ergebnisse, wodurch ein Korrekturwert 26 der periodischen Störung 18 mit der maschinen-passenden festen Frequenz kalkuliert wird.

Deshalb wird der Korrekturwert 26 einem Strombefehl 14 hinzugefügt, um einen Strombefehl 15 zu erzeugen, der an den tatsächlichen Servomotor gegeben wird, wodurch es möglich gemacht wird, die Wirkung der Störung 18 mit der Frequenz passend zu dem Maschinensystem, die in das Servosystem geladen wird hinzugefügt wird), das die Maschine enthält, in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung zu unterdrücken.

Ausführungsform 3

Als nächstes wird eine Ausführungsform 3 der Erfindung mit 7 erörtert.

Wenn eine Schwankung, die durch eine periodische Störung 18 mit einer Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit verursacht wird, nicht in einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal 12 oder einem Stromrückmeldungssignal 16, was als eine Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint und die Wirkung der Störung 18 nur an einem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, ist die Ausführungsform 3 zum Unterdrücken der Wirkung der Störung 18 gedacht.

7 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 7 der Erfindung; sie ist 1 ähnlich mit Ausnahme, dass eine Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 zum Kalkulieren des Korrekturwerts der periodischen Störung 18 ein Ausgangssignal 43 eines externen Sensors 42, der an einem Maschinenende zum Erfassen ihrer Vibrationskomponente befestigt ist, an Stelle eines Abweichungssignals 14 eingibt.

Die interne Konfiguration der Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 ist der in 2 ähnlich mit Ausnahme, dass das Ausgangssignal 43 des externen Sensors 42 an Stelle des Rückmeldungssignals 13 in 2 eingegeben wird.

Wenn eine Schwankung, die durch die periodische Störung 18 mit einer Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit verursacht wird, nicht in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal 12 oder dem Stromrückmeldungssignal 16, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint und die Wirkung der Störung 18 nur an dem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit negativ beeinflusst, gibt die in 7 gezeigte Vorrichtung das Ausgangssignal 43 des externen Sensors 42, der an dem Maschinenende zum Erfassen ihrer Vibrationskomponente befestigt ist, Information einer Proportionalitätskonstante &agr; zwischen einer bekannten Störfrequenz und einer Motordrehgeschwindigkeit und Ausgabe 10 einer Erfassungsvorrichtung 7, die die Position eines Servomotor 6 anzeigt, ein und schätzt wie in der Ausführungsform 1 Verstärkung A^ einer Sinuswellenkomponente und Verstärkung B^ einer Cosinuswellenkomponente, die den Korrekturwert der periodischen Störung 18 bilden.

Sie multipliziert die Verstärkung der Sinuswellenkomponente A^ und die Verstärkung der Cosinuswellenkomponente B^ mit sin(&agr;·&thgr;) bzw. cos(&agr;·&thgr;) und summiert die Ergebnisse, wodurch ein Korrekturwert 26 der periodischen Störung 18 kalkuliert wird.

Deshalb wird der Korrekturwert 26 einem Strombefehl 14 hinzugefügt, um einen Strombefehl 15 zu erzeugen, der an den tatsächlichen Servomotor gegeben wird, wodurch selbst wenn eine Schwankung, die durch die periodische Störung 18 mit einer Frequenz proportional zu der Motordrehgeschwindigkeit verursacht wird, in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal 12 oder dem Stromrückmeldungssignal 16, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, nicht erscheint, und die Wirkung der Störung 18 nur an dem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, wird es möglich gemacht, die Wirkung der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung zu unterdrücken.

Ausführungsform 4

Als nächstes wird eine Ausführungsform 4 der Erfindung mit 8 erörtert.

Wenn eine Schwankung, die durch eine periodische Störung 18 mit einer maschinen-passenden festen Frequenz verursacht wird, nicht in einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal 12 oder einem Stromrückmeldungssignal 16, was als eine Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint und die Wirkung der Störung 18 nur an einem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, ist die Ausführungsform 4 zum Unterdrücken der Wirkung der Störung 18 gedacht.

8 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 7 der Erfindung; sie ist 5 ähnlich mit Ausnahme, dass eine Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 zum Kalkulieren des Korrekturwerts der periodischen Störung 18 ein Ausgangssignal 43 eines externen Sensors 42, der an einem Maschinenende zum Erfassen ihrer Vibrationskomponente befestigt ist, an Stelle eines Abweichungssignals 13 eingibt.

Die interne Konfiguration der Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 ist der in 6 ähnlich mit Ausnahme, dass das Ausgangssignal 43 des externen Sensors 42 an Stelle des Rückmeldungssignals 13 in 6 eingegeben wird.

Wenn eine Schwankung, die durch die periodische Störung 18 mit einer maschinen-passenden festen Frequenz verursacht wird, nicht in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal 12 oder dem Stromrückmeldungssignal 16, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint und die Wirkung der Störung 18 nur an dem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, erzeugt die in 8 gezeigte Vorrichtung eine Information &agr; der passenden Frequenz und bekannten Resonanzfrequenz vom Maschinensystem unter Verwendung eines Periodensignals 41, das von einem Takt 40 in der Servosteuervorrichtung vorgesehen wird, wodurch cos(&agr;·&ohgr;c·t) und sin(&agr;·&ohgr;c·t) erzeugt wird. Wie in der Ausführungsform 2 gibt sie das Ausgangssignal 43 des externen Sensors 42 ein, der an dem Maschinenende zum Erfassen ihrer Vibrationskomponente befestigt ist, schätzt Verstärkung A^ einer Sinuswellenkomponente und Verstärkung B^ einer Cosinuswellenkomponente, die den Korrekturwert der periodischen Störung 18 bilden, multipliziert die Verstärkung der Sinuswellenkomponente A^ und die Verstärkung der Cosinuswellenkomponente B^ mit sin(&agr;·&ohgr;c·t) bzw. cos(&agr;·&ohgr;c·t) und summiert die Ergebnisse, wodurch ein Korrekturwert 26 der periodischen Störung 18 kalkuliert wird.

Deshalb wird der Korrekturwert 26 einem Strombefehl 14 hinzugefügt, um einen Strombefehl 15 zu erzeugen, der an den tatsächlichen Servomotor gegeben wird, wodurch selbst wenn eine Schwankung, die durch die periodische Störung 18 mit einer maschinensystem-passenden Frequenz verursacht wird, nicht in dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal 12 oder dem Stromrückmeldungssignal 16, was als die Servosteuervorrichtung erfasst werden kann, erscheint und die Wirkung der Störung 18 nur an dem Maschinenende erscheint, was die Schnittgenauigkeit nachteilig beeinflusst, es möglich gemacht wird, die Wirkung der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung zu unterdrücken.

Ausführungsform 5.

Als nächstes wird eine Ausführungsform 5 der Erfindung mit 9 erörtert.

Wenn eine Störung 18, die einem Servomotor 6 hinzugefügt wird, eine Störung ist, die verursacht wird durch die Drehgeschwindigkeit eines Spindelmotors 46 und einer Steuervorrichtung einer Hauptwelle 45, gesteuert durch die gleiche numerische Steuervorrichtung 44 (z.B. eine Schnittstörung, die wegen der Anzahl von Zähnen eines Werkzeugs, das an einer Hauptwelle befestigt ist, auftritt oder eine Störung proportional der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle eines Faktors außer der gesteuerten Welle wie etwa eine Berührungsdrehung um die Welle wie etwa ein Magnetlager zum Unterstützen der Welle eines Spindelmotors eines Maschinenwerkzeugs unter Verwendung eines Elektromagneten), ist die Ausführungsform 5 zum Unterdrücken der Wirkung der Störung 18 gedacht.

9 ist ein Blockdiagramm einer Servosteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 der Erfindung; sie ist ähnlich zu 1 mit Ausnahme, dass eine Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 zum Kalkulieren des Korrekturwerts der periodischen Störung 18 ein Ausgangssignal 48 einer Erfassungsvorrichtung 47 wie etwa einer PLG zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit eines Spindelmotors 46 an Stelle eines Positionssignals 10 eingibt.

Die interne Konfiguration der Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 ist der in 2 ähnlich mit Ausnahme, dass das Ausgangssignal 48 der Erfassungsvorrichtung 47 an Stelle des Positionssignals 10 des Servomotors 6 in 2 eingegeben wird.

Wenn die Störung 18, die dem Servomotor 6 hinzugefügt wird, eine Störung 18 ist, die durch die Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors 46 und der Steuervorrichtung der Hauptwelle 45, gesteuert durch die gleiche numerische Steuervorrichtung 44, verursacht wird, überwacht die Servosteuervorrichtung in 9 direkt die Drehgeschwindigkeit 48 des Spindelmotors durch die Erfassungsvorrichtung 47 wie etwa eine PLG, gibt das Signal der Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors 48, Information einer Proportionalitätskonstante zwischen einer Störfrequenz und einer Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors und ein Differenzsignal 13 zwischen einem Geschwindigkeitsbefehl und einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal ein, und schätzt wie in der Ausführungsform 1 Verstärkung A^ einer Sinuswellenkomponente und Verstärkung B^ einer Cosinuswellenkomponente, die den Korrekturwert der periodischen Störung 18 bilden, multipliziert die Verstärkung der Sinuswellenkomponente A^ und die Verstärkung der Cosinuswellenkomponente B^ mit Information, die basierend auf dem Signal der Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors 48 vorgesehen wird, bzw. Information, die basierend auf der Information der Proportionalitätskonstante zwischen einer Störfrequenz und einer Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors vorgesehen wird, und summiert die Ergebnisse, wodurch ein Korrekturwert 26 der periodischen Störung 18 kalkuliert wird.

Deshalb wird der Korrekturwert 26 einem Strombefehl 14 hinzugefügt, um einem Strombefehl 15 zu erzeugen, der an den tatsächlichen Servomotor 16 gegeben wird, wodurch selbst wenn die Störung 18, die dem Servomotor 6 hinzugefügt wird, die Störung 18 ist, die durch die Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors 46 und der Steuervorrichtung der Hauptwelle 45, gesteuert durch die gleiche numerische Steuervorrichtung 44, verursacht wird, es möglich gemacht wird, die Wirkung der Störung in Echtzeit während der normalen Motoransteuerung zu unterdrücken.

Wenn in den oben beschriebenen Ausführungsformen eine Vielzahl von Störungen existiert, die in einer Frequenz verschieden sind, kann eine Vielzahl der Schätzfunktion einer periodischen Störung 25 parallel platziert werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Die Servosteuervorrichtung gemäß der Erfindung ist zur Verwendung in einer Steuerung eines Maschinenwerkzeugs mit der Schnittgenauigkeit, die wegen der periodischen Störung herabgesetzt ist, angepasst.


Anspruch[de]
  1. Servosteuervorrichtung für einen Servomotor (6) zum Steuern der Position einer Zugwelle eines Maschinenwerkzeugs, wobei die Servosteuervorrichtung umfasst:

    ein Erfassungsmittel (7, 8) zum Erfassen einer Position und Geschwindigkeit des Servomotors (6),

    einen Positionssteuerabschnitt (2) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls (11) basierend auf einer Differenz zwischen einem Positionsbefehl (9) und einem durch das Erfassungsmittel (7, 8) ausgegebenen Positionsrückmeldungssignal (10),

    einen Geschwindigkeitssteuerabschnitt (3) zum Erzeugen eines Strombefehls (14) basierend auf einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl (11) und einem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal (12),

    einen Stromsteuerabschnitt (4, 5, 16) zum Steuern eines in den Servomotor fließenden elektrischen Stroms, basierend auf dem Strombefehl (14),

    gekennzeichnet durch

    eine Einrichtung (25), die ausgebildet ist

    – zum Erzeugen einer periodischen Funktion (35, 30) mit der geschätzten Frequenz einer periodischen Störung (18), die während einer normalen Servomotoransteuerung auf die Positionierung des Maschinenwerkzeugs einwirkt;

    – zum Erzeugen einer Sinuswellenkomponente (34) der Störung und einer Cosinuswellenkomponente (39) der Störung mit jeweiligen Beträgen (A^, B^), die unter Verwendung der periodischen Funktion (30, 35) geschätzt werden;

    – zum Kombinieren der Sinuswellenkomponente (34) und der Cosinuswellenkomponente (39); und

    – zum Hinzufügen des Ergebnisses zu dem Strombefehl (14) als ein Korrekturwert (26) in Echtzeit während der normalen Servomotoransteuerung, um die periodische Störung (18) zu kompensieren.
  2. Servosteuervorrichtung nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die periodische Störung (18) eine Frequenz proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Servomotors aufweist, und

    die Einrichtung (25) ausgebildet ist, Informationen aufzunehmen über eine Proportionalitätskonstante zwischen der Störfrequenz und der Servomotordrehgeschwindigkeit, sowie Servomotorpositionsinformation (10) und ein Differenzsignal (13) zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl (11) und dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal (12), um den Korrekturwert (26) zu erzeugen.
  3. Servosteuervorrichtung nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die periodische Störung (18), eine maschinen-passende feste Frequenz hat, und

    die Einrichtung (25) ausgebildet ist, Informationen aufzunehmen über die maschinen-passende Frequenz (41), sowie ein Differenzsignal (13) zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl (11) und dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal (12), um den Korrekturwert (26) zu erzeugen.
  4. Servosteuervorrichtung nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die periodische Störung (18) eine Frequenz proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Servomotors aufweist, und

    die Einrichtung (25) ausgebildet ist, Informationen aufzunehmen über eine Proportionalitätskonstante zwischen der Störfrequenz und der Servomotordrehgeschwindigkeit, sowie Servomotorpositionsinformation (10) und ein Ausgangssignal (43) von einem externen Abstandssensor (42), der an einem Maschinenende befestigt ist, um den Korrekturwert (26) zu erzeugen.
  5. Servosteuervorrichtung nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die periodische Störung (18) eine maschinen-passende feste Frequenz hat; und

    die Einrichtung (25) ausgebildet ist, Informationen aufzunehmen über die maschinen-passende Frequenz (41) sowie ein Ausgangssignal (43) von einem externen Abstandssensor (42), der an einem Maschinenende befestigt ist, um den Korrekturwert (26) zu erzeugen.
  6. Servosteuervorrichtung nach Anspruch 1,

    gekennzeichnet durch

    ein Erfassungsmittel (47) zum Erfassen einer Drehgeschwindigkeit einer Hauptwelle; und

    die Einrichtung (25) ausgebildet ist, zum Unterdrücken der periodischen Störung (18) mit einer Frequenz proportional zu der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle (48), Informationen aufzunehmen über eine Proportionalitätskonstante zwischen der Störfrequenz und der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle (48), sowie Information über die Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle und ein Differenzsignal (13) zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl (11) und dem Geschwindigkeitsrückmeldungssignal (12), um den Korrekturwert (26) zu erzeugen.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






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