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    • 专利摘要:
    EinRegel-/Steuerantrieb (1) umfasst eine Ausgleichseinheit (4) für mechanischeEigenschaften, um Komponenten zu dämpfen, die vorbestimmte Frequenzenhaben und Eigenschaften einer Maschine (2) entsprechen, welche ineinem von einem FIR-Filter (3) korrigierten Positionsbefehlssignalenthalten sind, um Optimalwertsignale zu berechnen, die jeweilsmit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine zusammenhängen, undeine Rückkopplungsausgleichseinheit(5), um die Maschine (2) entsprechend den Optimalwertsignalen anzutreiben.Deshalb kann der Regel-/Steuerantrieb Vibrationen reduzieren, dieihren Ursprung in den Eigenschaften der Maschine (2) nehmen. Zusätzlich können, weildas FIR-Filter (3) den Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischenBefehlspfad problemlos symmetrisch werden lassen kann, und, wenndie Maschine sich zwischen zwei Positionen entlang desselben Pfadsbewegen lässt,die beiden Ansprechpfade des Umlaufs einander anpassen lassen kann,maschinell bearbeitete Flächen ohneUnregelmäßigkeitenbereitgestellt werden, wenn eine hin- und hergehende Bearbeitungdurchgeführtwird.
    公开号:DE102004008406A1
    申请号:DE102004008406
    申请日:2004-02-20
    公开日:2004-12-30
    发明作者:Hidetoshi Ikeda；Kotaro Nagaoka；Tomonori Sato；Teiji Takahashi
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:G05B11-36
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Regel-/Steuerantriebzum Antreiben einer Lastmaschine wie einer Zugspindel zur Verwendungbei einem Bearbeitungswerkzeug, oder einem Arm zur Verwendung beieinem Industrieroboter, indem ein Motor eingesetzt wird. Im Speziellerenbezieht sie sich auf einen Regel-/Steuerantrieb, um eine Bahnsteuerungan einer Maschine durchzuführen,die zwei oder mehr Achsen aufweist.
    [0002] ImStand der Technik wurden Regel-/Steuerantriebe zur Durchführung einerVorwärtskopplungssteuerungbereitgestellt, um eine Verzögerungim Ansprechen auf einen Befehlswert eines zu steuernden Betrags wieder Position oder Geschwindigkeit einer Zielmaschine auszugleichen.Beispielsweise offenbart die japanische PatentveröffentlichungNr. 2762364 (Bezugsschrift 1) einen Regel-/Steuerantrieb zur Differenzierung einesPositionsbefehlssignals, um einen Vorwärtskopplungssteuerungsbetragzu erhalten, der mit der Position einer Zielmaschine zusammenhängt, umden Vorwärtskopplungssteuerungsbetragzu einem Steuerbetrag zu addieren, der erfasst wird, indem einePositionsschleifensteuerung durchgeführt wird, um ein Geschwindigkeitsbefehlssignalzu erhalten, um einen Vorwärtskopplungssteuerungsbetrag,der mit der Geschwindigkeit der Zielmaschine zusammenhängt, welchererhalten wird, indem der mit der Position der Zielmaschine zusammenhängende Vorwärtskopplungssteuerungsbetragdifferenziert wird, zu einem Wert zu addieren, der erfasst wird,indem eine Geschwindigkeitsschleifensteuerung durchgeführt wird,um ein elektrisches Strombefehlssignal zu erhalten, und um eineSteuerung/Regelung durchzuführen,wodurch das Positionssteuerungsansprechen verbessert wird (siehez.B. 1 der japanischenPatentveröffentlichungNr. 2762364).
    [0003] Diejapanische Patentanmeldungsveröffentlichung(TOKKAI) Nr. 2000-92882(Bezugsschrift 2) offenbart einen Regel-/Steuerantrieb, bei demeine simulierte Steuerschaltung so aufgebaut ist, dass sie ein mechanischesSystemmodell steuert, das als Doppelmassenschwingungssystem angenähert undmit einem Drehmomentübertragungssystem,einer Lastmaschine und einem Elektromotor versehen ist, und dasssie die Position, die Drehzahl und das Drehmoment der simuliertenSteuerschaltung zu einem Wert addiert, der als Vorwärtskopplungssteuerungsbetragerfasst wird, indem eine Positions- und Geschwindigkeitsschleifensteuerungdurchgeführtwird, wodurch das Positionssteuerungsansprechen verbessert wird,ohne Vibrationen anzuregen, selbst wenn die Steifigkeit des zu steuerndenZiels gering ist und das zu steuernde Ziel Resonanzeigenschaftenaufweist (siehe z.B. 25 der japanischenPatentanmeldungsveröffentlichung(TOKKAI) Nr. 2000-92882).
    [0004] EinProblem bei dem Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik,der in der japanischen PatentveröffentlichungNr. 2762364 offenbart ist, besteht darin, dass, obwohl der Regel-/Steuerantriebaus dem Stand der Technik eine adäquate Leistung bieten kann,wenn die Steifigkeit des Ziels groß ist und das zu steuerndeZiel als steifer Körpervorausgesetzt werden kann, mechanische Resonanzvibrationen Vibrationenbei der Position und Geschwindigkeit des zu steuernden Ziels hervorrufenkönnen,welche zu steuernde Beträge sind,wenn der Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik auf einzu steuerndes Ziel angewandt wird, das geringe Steifigkeit und Resonanzeigenschaftenaufweist, und das Positionssteuerungsansprechen zunimmt, die Positionsgenauigkeitund Bahnnachführungsgenauigkeitabnehmen, wie in 13 gezeigtist.
    [0005] EinProblem bei dem Regel-/Steuerantrieb aus dem Stand der Technik,der in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung (TOKKAI) Nr. 2000-92882offenbart ist, besteht darin, dass, wenn das zu steuernde Ziel alsDoppelmassenschwingungssystem angenommen werden kann, während diePosition des zu steuernden Ziels jederzeit vollständig aufdie Position der simulierten Steuerschaltung anspricht und deshalb dasAnsprechen der Positionssteuerung verbessert werden kann, ohne Vibrationenanzuregen, die simulierte Steuerschaltung ein Rückkopplungsregelsystem darstellt,und deshalb das Impulsansprechen nicht symmetrisch ausgelegt werdenkann. Im Ergebnis wird der Ansprechpfad des zu steuernden Zielsnicht symmetrisch, selbst wenn ein symmetrischer Pfad als Befehlspfadvorgesehen ist, und deshalb kann, wenn das zu steuernde Ziel angewiesenwird, sich zwischen zwei Positionen entlang ein und desselben Befehlspfadszu bewegen, so dass sich die Bewegungsrichtung wie in 14 gezeigt verändert, einUnterschied zwischen den beiden Ansprechpfaden des Umlaufs auftreten.Dies führtzum Entstehen von Kratzern auf einer maschinell bearbeiten Fläche einerForm, wenn die Form durch eine hin- und hergehende Bearbeitung bearbeitetwird.
    [0006] Dievorliegende Erfindung wird vorgeschlagen, um die vorstehend erwähnten Problemezu lösen,und es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einenRegel-/Steuerantrieb bereitzustellen, der Vibrationen reduzierenkann, die ihren Ursprung in mechanischen Eigenschaften nehmen, undder die beiden Ansprechpfade auf einem Umlauf eines zu steuerndenZiels so auslegen kann, dass sie einander angepasst gesteuert werdenkönnen.
    [0007] Nachder vorliegenden Erfindung wird ein Regel-/Steuerantrieb mit einerAusgleichseinheit fürmechanische Eigenschaften zum Dämpfenvon Komponenten bereitgestellt, die jeweils eine vorbestimmte Frequenz aufweisen,und die jeweils einer Eigenschaft einer anzutreibenden Zielmaschineentsprechen, welche in einem Positionsbefehlssignal enthalten sind,das durch eine FIR-Filtereinheitkorrigiert wird, um mehrere Optimalwertsignale zu berechnen, die jeweilsmit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Zielmaschinezusammenhängen,und mit einer Rückkopplungsausgleichseinheit,um die anzutreibende Zielmaschine entsprechend den mehreren Optimalwertsignalenanzutreiben, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit unddem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängen.
    [0008] Weildie Ausgleichseinheit fürmechanische Eigenschaften auf diese Weise Komponenten dämpft, die jeweilseine vorbestimmte Frequenz aufweisen und jeweils einer Eigenschaftder anzutreibenden Zielmaschine entsprechen, welche im Positionsbefehlssignalenthalten sind, um die mehreren Optimalwertsignale zu berechnen,die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmomentder Zielmaschine zusammenhängen,kann der Regel-/Steuerantrieb Vibrationen reduzieren, die in denEigenschaften der Maschine ihren Ursprung nehmen. Da darüber hinausdie Ausgleichseinheit fürmechanische Eigenschaften die berechneten Optimalwertsignale andie Rückkopplungsausgleichseinheitschicken, macht es der Regel-/Steuerantrieb möglich, dass die Position derMaschine vollständigauf den Eingang der Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaften,d.h. den Ausgang der FIR-Filtereinheit, anspricht. Da darüber hinausdie FIR-Filtereinheit den Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischenBefehlspfad auf einfache Weise symmetrisch werden lassen kann und,wenn die Zielmaschine dazu gebracht wird, sich zwischen zwei Positionenentlang desselben Pfads zu bewegen, die beiden Ansprechpfade desUmlaufs der Zielmaschine einander anpassen kann, kann der Regel-/Steuerantriebmaschinell bearbeitete Flächenbereitstellen, die keine Unregelmäßigkeiten aufweisen, selbstwenn eine hin- und hergehende Bearbeitung durchgeführt wird.
    [0009] WeitereAufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgendenBeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindunghervor, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind.
    [0010] 1 ist ein Blockschema, daseinen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindungzeigt;
    [0011] 2 ist ein Schema, das symmetrischesImpulsansprechen zeigt;
    [0012] 3 ist ein Blockschema, dasden gesamten Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegendenErfindung zeigt;
    [0013] 4 ist ein Schema, das denBefehlspfad, der füreine Zielma-schine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantriebnach Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfadder anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
    [0014] 5 ist ein Blockschema, daseinen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindungzeigt;
    [0015] 6A ist ein Schema, das denBefehlspfad, der füreine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nachAusführungsform2 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfadder anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
    [0016] 6B ist ein Schema, das denBefehlspfad, der füreine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nachAusführungsform1 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfadder anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
    [0017] 7 ist ein Blockschema, daseinen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindungzeigt;
    [0018] 8 ist ein Schema, das einBeispiel einer Verstärkungskurveeines IIR-FiltersfünfterOrdnung zeigt;
    [0019] 9A ist ein Schema, das denBefehlspfad, der füreine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nachAusführungsform3 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfadder anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
    [0020] 9B ist ein Schema, das denBefehlspfad, der füreine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nachAusführungsform1 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfadder anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
    [0021] 10 ist ein Blockschema,das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 4 der vorliegendenErfindung zeigt;
    [0022] 11 ist ein Schema, das denBefehlspfad, der füreine Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nachAusführungsform4 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfadder anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
    [0023] 12 ist ein Blockschema,das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 5 der vorliegendenErfindung zeigt;
    [0024] 13 ist ein Schema, das denBefehlspfad, der füreine Zielmaschine vorgesehen ist, die von einem Regel-/Steuerantriebaus dem Stand der Technik angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfadder anzutreibenden Zielmaschine zeigt;
    [0025] 14 ist ein Schema, das denBefehlspfad, der füreine Zielmaschine vorgesehen ist, die von einem weiteren Regel-/Steuerantriebaus dem Stand der Technik angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad deranzutreibenden Zielmaschine zeigt.
    [0026] 1 ist ein Blockschema, daseinen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindungzeigt. Der in der Figur gezeigte Regel-/Steuerantrieb 1 treibteine Maschine 2 an und steuert sie (d.h. eine anzutreibendeZielmaschine) nach einem Positionsbefehlssignal. Im Regel-/Steuerantrieb 1 nimmteine FIR-Filtereinheit 3 (FIR – Finite Impulse Response),also eine Filtereinheit mit begrenztem Ansprechen auf einen Impuls,eine Korrektur am eingegebenen Positionsbefehlssignal vor, eineAusgleichseinheit 4 fürmechanische Eigenschaften dämpftKomponenten, die jeweils eine vorbestimmte Frequenz aufweisen, welcheeiner Eigenschaft der Maschine 2 entspricht, wobei dieseKomponenten in das korrigierte Positionsbefehlssignal aufgenommenwerden, und berechnet mehrere Optimalwertsignale, die jeweils mitder Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine 2 zusammenhängen, undeine Rückkopplungsausgleichseinheit 5 treibtdie Maschine 2 entsprechend den mehreren Optimalwertsignalenan, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmomentder Maschine 2 zusammenhängen. Die FIR-Filtereinheit 3 istmit einem FIR-Filter 6 versehen.
    [0027] Zusätzlich dämpft inder Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschafteneine Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 eine Komponente,die eine Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2 aufweist,welche in das Positionsbefehlssignal aufgenommen wird, um ein Optimalwertsignalzu berechnen, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, einDifferenzierer 8 differenziert das Positionsbefehlssignal,eine Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 9 dämpft eineKomponente, die die Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2 aufweist,welche in dem vom Differenzierer 8 berechneten differenziertenWert aufgenommen wird, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, dasmit der Geschwindigkeit der Maschine 2 zusammenhängt, eineBerechnungseinheit 10 differenziert den vom Differenzierer 8 berechnetendifferenzierten Wert und multipliziert das differenzierte Ergebnismit der Gesamtträgheitder Maschine 2, eine Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 11 dämpft eineKomponente, die eine Resonanzfrequenz der Maschine 2 aufweist,welche in einem von der Berechnungseinheit 10 berechnetenWert aufgenommen wird, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, dasmit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt.
    [0028] Zusätzlich subtrahiertin der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 einSubtrahierer 12 ein Motorpositionssignal vom Optimalwertsignal,das mit der Position der Maschine zusammenhängt, und liefert das Subtraktionsergebnisan eine Positionssteuerungseinheit 13. Die Positionssteuerungseinheit 13 erfasstein Geschwindigkeitssteuerungssignal aus dem Subtraktionsergebnisvom Subtrahierer 12. Ein Addierer/Subtrahierer 14 addiertdas Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschinezusammenhängt,zum Geschwindigkeitssteuerungssignal, subtrahiert ein Motordrehzahlsignalvom Additionsergebnis und liefert das Subtraktionsergebnis an eineGeschwindigkeitssteuerungseinheit 15. Die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 erfasstein Drehmomentsteuerungssignal aus dem Subtraktionsergebnis vomAddierer/Subtrahierer 14, und ein Addierer 16 addiertdas Optimalwertsignal, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, zueinem Drehmomentsteuerungssignal aus der Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 undliefert das Additionsergebnis als Motordrehmomentbefehlssignal andie Maschine 2. Die Maschine 2 ist mit einem Motor 17 versehen,um eine Last 18 entsprechend dem Motordrehmomentbefehlssignalaus der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 anzutreiben.
    [0029] AlsNächsteserfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 1der vorliegenden Erfindung. In 1 wirddas eingegebene Positionsbefehlssignal vom FIR-Filter 6 geglättet unddann an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftengeschickt. Das FIR-Filter 6 bestehtaus zwei oder mehr Filtern mit gleitendem Mittelwert, die in Reiheangeordnet sind, wovon jedes eine Zeitkonstante Tf aufweist.Die Zeitkonstante eines Filters mit gleitendem Mittelwert entsprichteinem Wert, der erhalten wird, indem die Anzahl der Abgriffe desFilters mit gleitendem Mittelwert mit einer Abtastperiode multipliziertwird. Zusätzlichwird die Zeitkonstante Tf so aus abgerufenenPfadgenauigkeitsparametern berechnet, dass ein Ansprechpfad einemabgerufenen Grad an Pfadgenauigkeit genügt, indem vorbestimmte Berechnungendurchgeführtwerden. Die abgerufenen Pfadgenauigkeitsparameter können einEckendurchhang sein, wenn man die Zielmaschine eine Ecke durchlaufenlässt (d.h.ein Abstand zwischen dem Ansprechpfad und der Eckenspitze, wennsich die Zielmaschine der Eckenspitze am meisten nähert), einBetrag einer Einwärtsbiegungin einem Bogen (d.h. ein Abnahmebetrag beim Radius des Ansprechpfadsim Hinblick auf einen angewiesenen Radius), usw.
    [0030] Inder Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenwird ein an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegtes Eingangssignal xr1 zuerst andie Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 angelegt, unddann berechnet die Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 ausdem Eingangssignal xr1 ein Optimalwertsignalxa, das mit der Position der Maschine zusammenhängt. DiePositionsbefehlsberechnungseinheit 7 ist eine Berechnungseinheit,die eine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz ωz der Maschine 2 dämpft undweiterleitet, welche im Eingangssignal xr1 enthaltenist. Ein Verhältniszwischen dem Eingangssignal xr1 und demAusgangssignal xa wird durch die folgendeGleichung (1) wiedergegeben, worin s ein Laplace-Operator ist.
    [0031] Dasan die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegte Eingangssignal xr1 wird weiterin die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 9 eingegeben,nachdem es vom Differenzierer 8 differenziert wurde, unddann berechnet die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 9 ausdem differenzierten Eingangssignal vr1 einOptimalwertsignal va, das mit der Geschwindigkeitder Maschine zusammenhängt. DieGeschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 9 ist eine Berechnungseinheit,die eine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz ωz der Maschine 2 dämpft undweiterleitet, welche im Eingangssignal xr1 enthaltenist. Ein Verhältniszwischen dem differenzierten Eingangssignal vr1 unddem Ausgangssignal va wird durch die folgendeGleichung (2) wiedergegeben:
    [0032] Zusätzlich wirddas Ausgangssignal des Differenzierers 8, nachdem es differenziertwurde, in die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 11 eingegebenund dann von der Berechnungseinheit 10 mit der Gesamtträgheit Jder Maschine 2 multipliziert, und die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 11 berechnet dannaus dem Ausgang der Berechnungseinheit 10 ein Optimalwertsignal τa,das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt. Die Gesamtträgheit Jist die Summe der Trägheitdes Motors 17 und der Trägheit der Last 18.Die Drehmomentbefehlsberechnungseinheit 11 ist eine Berechnungseinheit,die eine Komponente mit einer Resonanzfrequenz ωp derMaschine 2 dämpftund weiterleitet, welche im an diese angelegten Eingangssignal τr1 enthaltenist. Ein Verhältniszwischen dem Eingangssignal τr1 und dem Ausgangssignal τa wird durchdie folgende Gleichung (3) wiedergegeben:
    [0033] Dannwerden das Optimalwertsignal xa, das mitder Position der Maschine zusammenhängt, das Optimalwertsignalva, das mit der Geschwindigkeit der Maschinezusammenhängt,und das Optimalwertsignal τa, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, indie Rückkopplungsausgleichseinheit 5 eingegeben.In der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 subtrahiertder Subtrahierer 12 das Motorpositionssignal xm,das von der Maschine 2 an ihn geschickt wurde, vom Optimalwertsignalxa, das mit der Position der Maschine zusammenhängt undschickt das Subtraktionsergebnis an die Positionssteuerungseinheit 13,und die Positionssteuerungseinheit 13 bestimmt ein Geschwindigkeitssteuerungssignalvc aus dem vom Subtrahierer 12 kommendenSubtraktionsergebnis. Obwohl die Positionssteuerungseinheit 13 jedenAufbau haben kann, solange nur das Rückkopplungssteuerungssystemstabil wird, wird im Allgemeinen ein Proportionalregler o. dgl.als Positionssteuerungseinheit 13 verwendet. Der Addierer/Subtrahierer 14 subtrahiertdann das aus der Maschine 2 an ihn geschickte Motordrehzahlsignalvm von einem Wert, der erhalten wird, indemdas Optimalwertsignal va, das mit der Geschwindigkeitder Maschine zusammenhängt,zum Geschwindigkeitssteuerungssignal vc aus derPositionssteuerungseinheit 13 addiert wird, und liefertdas Subtraktionsergebnis an die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15.Die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 bestimmt dannaus dem Subtraktionsergebnis ein Drehmomentsteuerungssignal τc.Obwohl die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 jeden Aufbauhaben kann, solange nur das Rückkopplungssteuerungssystemstabil wird, wird im Allgemeinen ein Proportional-Integralreglero. dgl. als Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 verwendet.Der Addierer 16 addiert das Optimalwertsignal τa,das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, zum aus der Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 kommendenDrehmomentsteuerungssignal τc und liefert dann das Additionsergebnisals Motordrehmomentbefehlssignal τm an die Maschine 2. Im Ergebniswird der Motor 17 vom Motordrehmomentbefehlssignal angetrieben.In der Maschine 2 ist der auf einem Motorhalterungssockelangebrachte Motor mittels einer Drehmomentübertragungseinrichtung mitder Last 18 gekoppelt und liefert sowohl das Motorpositionssignalxm als auch das Motordrehzahlsignal vm an den Regel-/Steuerantrieb, indem er einenDrehzahlsensor verwendet, der im Motor 17 eingebaut ist.Das vom Motor 17 erzeugte Drehmoment kann schnell auf dasMotordrehmomentbefehlssignal τm aus den Regel-/Steuerantrieb ansprechen.
    [0034] Weilim Steuer-/Regelantrieb mit dem vorstehend erwähnten Aufbau entsprechend denVibrationseigenschaften der Maschine 2 die Optimalwertsignale,die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmomentder Maschine zusammenhängen,welche so angemessen berechnet werden, dass die Position der Lastder Maschine 2 vollständigauf das Eingangssignal xr1 anspricht, dasan die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegt wird, an die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 geschicktwerden, spricht die Lastposition x1 vollständig aufdas Eingangssignal xr1 an, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angelegt wird. Dieses Merkmal kann durch die folgendeGleichung (4) ausgedrücktwerden, die ein Verhältniszwischen dem Motordrehzahlbefehlssignal τm undder Motorposition xm zeigt, wenn die Maschine 2 alsDoppelmassenschwingungssystem angenähert werden kann.
    [0035] Darüber hinauswird ein Verhältniszwischen der Motorposition xm und der Lastpositionx1 durch die folgende Gleichung (5) wiedergegeben:
    [0036] Zusätzlich wirdein Verhältniszwischen der Motordrehzahl vm und der Motorpositionxm durch die folgende Gleichung (6) wiedergegeben: vm(s) – s·xm(s) (6)
    [0037] Zusätzlich wird,wenn die Transferfunktionen der Positionssteuerungseinheit 13 undder Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 durch Cp(s) bzw. Cv(s) dargestelltwerden, ein Verhältniszwischen dem Ein- und Ausgang der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 durchdie folgende Gleichung (7) wiedergegeben: τm(s) – Cv(s)(Cp(s)(xa(s) – xm(s)) + va(s) – vm(s)) + τa(s) (7)
    [0038] UnterBerücksichtigungder Gleichungen (1) bis (5) und der Verhältnisse,die durch die Gleichungen (6) und (7) gezeigt sind, wird ein Verhältnis zwischendem Eingangssignal xr1 das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angelegt wird, und die Lastposition x1 derMaschine 2 nach Ausführungsform 1als x1 = xr1 bestimmt.Anders ausgedrücktspricht die Lastposition x1 vollständig aufdas an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften 4 angelegteEingangssignal xr1 an. Deshalb werden dieAnsprecheigenschaften der Maschine 2, die ein Ansprechenauf die Lastposition im Hinblick auf die Befehlsposition aufweisen,mit den Ansprecheigenschaften des FIR-Filters 6 in Übereinstimmunggebracht.
    [0039] 2 ist ein Schema, das symmetrischesImpulsansprechen zeigt. Wenn das FIR-Filter 6 ein Impulsansprechenaufweist, das dem in 2 gezeigtennahe kommt, ist hinlänglichbekannt, dass ein symmetrischer Eingang, der an das FIR-Filter angelegt wird,einen symmetrischen Ausgang hervorbringt, und deshalb wird ein Ansprechpfadim Hinblick auf einen symmetrischen Befehlspfad symmetrisch undHin- und Rückansprechpfadehaben fast dieselbe Form, wenn die Last der Maschine dazu gebrachtwird, sich hin- und herbewegend entlang desselben Pfads zu bewegen.Zusätzlichwird, wenn das FIR-Filter 6 ein vollständig symmetrisches Impulsansprechenhat, d.h., wenn das FIR-Filter 6 ein FIR-Filter mit linearerPhase ist, der Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischenBefehlspfad vollständigsymmetrisch. Deshalb passen sich die beiden Ansprechpfade des Umlaufsdes Ziels einander an, wenn man das anzutreibende Ziel sich zwischenzwei Positionen entlang desselben Pfads bewegen lässt. Deshalbkann man davon ausgehen, dass, wenn das Optimalwertsignal τr1,das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, die vierte oder niedrigereAbleitung des Eingangssignals xr1 enthält, dasan die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegt wird, und das Eingangssignal xr1 dasan die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegt wird, nicht ausreichend geglättet wird, das Optimalwertsignal τr1,das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, einen Impuls mit einemsehr großenWert aufweist und einen schlechten Einfluss auf die Maschine 2 hat.Da das FIR-Filter 6 aus zwei oder mehr in Reihe angeordnetenFiltern mit gleitendem Mittelwert besteht, bringt, wenn das Positionsbefehlssignalxr1 einen Beschleunigungsschrittbefehl anzeigt,der weitverbreitet zur Positionssteuerung eingesetzt wird, die vierteAbleitung des Eingangssignals xr1, das andie Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegt wird, kein Impulssignal hervor, und deshalb kann das Optimalwertsignal τr1,das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, daran gehindert werden,einen Impuls mit einer sehr großenKomponente zu enthalten. Da darüberhinaus das FIR-Filter 6 ein vollständig symmetrisches Impulsansprechenaufweist, wird der Ansprechpfad im Hinblick auf einen symmetrischenBefehlspfad vollständigsymmetrisch, und deshalb passen sich die beiden Ansprechpfade desUmlaufs der Zielmaschine einander an, wenn man das anzutreibendeZiel sich zwischen zwei Positionen entlang desselben Pfads bewegenlässt.
    [0040] Vorzugsweiseist das FIR-Filter 6 ein Filter mit einer linearen Phasenkennliniewie etwa ein FIR-Filter mit linearer Phase. Als Alternative kanndas FIR-Filter 6 ein allgemeines FIR-Filter sein, das keinelineare Phasenkennlinie aufweist. Da der Ausgang eines solchen allgemeinenFIR-Filters von einem Eingang in der Vergangenheit bestimmt wird,der währendeiner vergangenen endlichen Zeitperiode angelegt wurde, kann im Vergleichdazu, dass eine andere Filterart als FIR-Filter verwendet wurden,d.h. ein IIR-Filter (IIR – InfiniteImpulse Response), problemlos ein symmetrischer Ansprechpfad bereitgestelltwerden. Eine ausführlicheErklärungvon FIR-Filtern findet sich beispielsweise in „Introduction to Filter Circuits" von F. R. Connor(Morikita Suppan). Als Nächsteswerden die Vorteile, die durch den Regel-/Steuerantrieb nach dieserAusführungsform1 bereitgestellt werden, in Simulation erklärt. 3 ist ein Blockschema, das die Gesamtheiteines Systems mit zwei Regel-/Steuerantrieben nach Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist,treiben ein x-Achsen-Regel-/Steuerantrieb 1a undein y-Achsen-Regel-/Steuerantrieb 1b eine Maschine 2 mitzwei Freiheitsgraden an (d.h. zwei Achsen der freien Bewegung),indem sie einen x-Achsen-Motor 17a und einen y-Achsen-Motor 17b verwenden. 4 ist ein Schema, das einenBefehlspfad, der fürdas Ziel vorgesehen ist, das durch den Regel-/Steuerantrieb nachAusführungsform1 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einenAnsprechpfad des anzutreibenden Ziels zeigt. In der Figur entsprichtder Befehlspfad der Form einer Ecke mit einem Winkel von 90°, und derAnsprechpfad ist vorgesehen, wenn man das anzutreibende Ziel sichzwischen zwei Positionen und in zwei Bewegungsrichtungen A und Bentlang desselben Pfads bewegen lässt. In diesem Fall beträgt die Resonanzfrequenz ωp der Maschine 2 300 rad/s und dieParallelresonanzfrequenz ωz der Maschine beträgt 200 rad/s. Es wäre festzuhalten,dass in dem in 4 gezeigtenBeispiel im Vergleich zum Fall aus dem Stand der Technik, der durchdie Bezugsschrift 1 aufgezeigt wird, Vibrationen noch weiter reduziertsind, und der Unterschied zwischen den Ansprechpfaden des Umlaufs istim Vergleich zu dem Fall aus dem Stand der Technik, der durch dieBezugsschrift 2 aufgezeigt wird, noch weiter reduziert. Im Ergebniskann das Regel-/Steuerantriebssystem nach Ausführungsform 1 der vorliegendenErfindung bei der maschinellen Bearbeitung einer Form o. dgl. miteiner hin- und hergehenden Bearbeitung verhindern, dass Kratzerauf einer bearbeiteten Flächeder Form gemacht werden.
    [0041] Wievorstehend erwähnt,kann, wenn die Maschine 2 als Doppelmassenschwingungssystemangenommen werden kann und die Dämpfungseigenschaftender Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung vernachlässigt werdenkönnen,die Ausgleichseinheit 4 für mechanische EigenschaftenOptimalwertsignale, die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeitund dem Drehmoment der Maschine 2 zusammenhängen, unterVerwendung charakteristischer Werte der Maschine 2 bestimmen(z.B. die Resonanzfrequenz, Parallelresonanzfrequenz und die Gesamtträgheit derMaschine), wodurch Vibrationen reduziert werden, die ihren Ursprungin den Eigenschaften der Maschine 2 nehmen.
    [0042] Darüber hinausmacht es der Regel-/Steuerantrieb für die Position der Maschine 2,indem er die von der Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften erfassten Optimalwertsignale an die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 schickt,möglich,vollständigauf den Eingang der. Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften, d.h. den Ausgang der FIR-Filtereinheit 3 anzusprechen.Da die FIR-Filtereinheit 3 den Ansprechpfad im Hinblickauf einen symmetrischen Befehlspfad problemlos symmetrisch werdenlassen kann, und, wenn man die Zielmaschine sich zwischen zwei Positionenentlang desselben Pfads bewegen lässt, die beiden Ansprechpfadedes Umlaufs der Zielmaschine einander anpassen lassen kann, kannder Regel-/Steuerantrieb zusätzlichmaschinell bearbeitete Flächenohne Unregelmäßigkeitenbereitstellen, auch wenn eine hin- und hergehende Bearbeitung durchgeführt wird.
    [0043] Zusätzlich kann,weil die FIR-Filtereinheit 3 aus zwei oder mehr in Reiheangeordneten Filtern mit gleitendem Mittelwert aufgebaut ist unddie Zeitkonstante jedes Filters mit gleitendem Mittelwert entsprechendder angeforderten Pfadgenauigkeit eingestellt ist, die Symmetriedes Ansprechpfads aufrechterhalten werden und das Signal, das indie Rückkopplungsausgleichseinheit 5 eingegebenwird, kann ein Impulssignal mit einer großen Amplitude werden. Im Ergebnisist es möglich,zu verhindern, dass die Maschine 2 mit einem großen Schlagbeaufschlagt wird, und es ist möglich,einen Fehler des Ansprechpfads im Hinblick auf den Befehlspfad indie angeforderte Pfadgenauigkeit fallen zu lassen.
    [0044] 5 ist ein Blockschema, daseinen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindungzeigt. In der Figur ist ein Verzögerungsfilter 21 ersterOrdnung in einer Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangeordnet und hat eine Zeitkonstante, die entsprechend der Dämpfungskonstante, Parallelresonanzfrequenzund Lastträgheitder Maschine 2 eingestellt ist, so dass der Einfluss der Dämpfungseigenschaftender Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung reduziertist. Das Verzögerungsfilter 21 erster Ordnungist so aufgebaut, dass es ein Positionsbefehlssignal korrigiert,das von einer FIR-Filtereinheit 3 gefiltert wurde. EinePositionsbefehlsberechnungseinheit 22 dämpft dann eine Komponente,die eine Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2 aufweist,welche im vom Verzögerungsfilter 21 ersterOrdnung korrigierten Positionsbefehlssignal enthalten ist, unterBerücksichtigungder Dämpfungseigenschaftender Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung, um ein Optimalwertsignalzu berechnen, das mit der Position der Maschine zusammenhängt. EineGeschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 dämpft eineKomponente mit einer Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2,welche in einem von einem Differenzierer 8 berechnetenWert enthalten ist, unter Berücksichtigungder Dämpfungseigenschaftender Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung, um ein Optimalwertsignalzu berechnen, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt. EineDrehmomentberechnungseinheit 24 dämpft eine Komponente mit einerResonanzfrequenz der Maschine 2, welche in einem von derBerechnungseinheit 10 berechneten Wert enthalten ist, unterBerücksichtigungder Dämpfungseigenschaftender Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung, um ein Optimalwertsignalzu berechnen, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt. DerRegel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform2 der vorliegenden Erfindung hat denselben Aufbau wie derjenigevon 1, mit der Ausnahme, dassdie Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftendas Verzögerungsfilter 21 ersterOrdnung umfasst, das so aufgebaut ist, dass es, wie zuvor erwähnt, dasdurch die FIR-Filtereinheit 3 gefilterte Positionsbefehlssignalkorrigiert, und die Positionsbefehlsberechnungseinheit 22,die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 und dieDrehmomentbefehlsberechnungseinheit 24 der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenist jeweils so aufgebaut, dass sie die Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 aufgrundvon Flüssigkeitsreibungberücksichtigt.
    [0045] AlsNächsteserfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebsnach Ausführungsform 2der vorliegenden Erfindung. In 5 unterscheidetsich der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegendenErfindung von demjenigen der zuvor erwähnten Ausführungsform 1, indem, nach derKorrektur des Eingangssignals xr1, das andie Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegt wird, das Verzögerungsfilter 21 ersterOrdnung das Eingangssignal xr1 an sowohldie Positionsbefehlsberechnungseinheit 22 als auch denDifferenzierer 8 schickt, und die Positionsbefehlsberechnungseinheit 22,die Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 und dieDrehmomentbefehlsberechnungseinheit 24 der Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften ist jeweils so aufgebaut, dass sie die Dämpfungseigenschaftder Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung berücksichtigt.
    [0046] BeimRegel-/Steuerantrieb nach der vorstehend erwähnten Ausführungsform 1 bestehen, wennder Einfluss der Dämpfungseigenschaftder Maschine 2 aufgrund von Flüssigkeitsreibung der Maschinenicht vernachlässigtwerden kann, Fälle,bei denen der Einfluss der Dämpfungseigenschaftder Maschine 2 eine Phasenverschiebung zwischen dem Eingangssignalxr1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angelegt wird, und einer Lastposition x1 verursachenkann, und die Lastposition x1 kann nichtdazu ausgelegt werden, ordnungsgemäß auf das Eingangssignal xr1 anzusprechen, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angelegt wird.
    [0047] DieZeitkonstante der Verzögerungsschaltung 21 ersterOrdnung ist so eingestellt, dass die Phasenverschiebung zwischendem Eingangssignal xr1, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angelegt wird, und der Lastposition x1 aufgehobenwird, wobei die Phasenverschiebung aufgrund von Flüssigkeitsreibungder Maschine ihren Ursprung in der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 hat.Das Verzögerungsfilter 21 ersterOrdnung nimmt eine Korrektur am Eingangssignal xr1 vor,das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegt wird. Ein Verhältniszwischen dem Eingangssignal xr1 und einemAusgangssignal xr2 des Verzögerungsfilters 21 ersterOrdnung wird durch die folgende Gleichung (8) wiedergegeben:
    [0048] Indemdie Dämpfungskonstantec, die Parallelresonanzfrequenz ωz, und die Lastträgheit J1 derMaschine 2 verwendet werden, wird ζz durchdie folgende Gleichung (9) wiedergegeben:
    [0049] DiePositionsbefehlsberechnungseinheit 22 dämpft eine Komponente mit einerParallelresonanzfrequenz ωz der Maschine 2, welche in demdurch das Verzögerungsfilter 21 ersterOrdnung korrigierte Eingangssignal x2r enthaltenist, unter Berücksichtigungder Dämpfungseigenschaftder Maschine 2, und gibt eine gedämpfte Komponente aus. Ein Verhältnis zwischendem Eingangssignal xr2 und dem Ausgangssignalxa der Positionsbefehlsberechnungseinheit 22 wirddurch die folgende Gleichung (10) wiedergegeben:
    [0050] DieGeschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 dämpft eineKomponente mit einer Parallelresonanzfrequenz ωz derMaschine 2, welche in dem vom Differenzierer 8 kommendenEingangssignal vr1 enthalten ist, unterBerücksichtigungder Dämpfungseigenschaftder Maschine 2, und gibt eine gedämpfte Komponente aus. Ein Verhältnis zwischendem Eingangssignal vr1 und dem Ausgangssignalva der Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 wirddurch die folgende Gleichung (11) wiedergegeben:
    [0051] DieDrehmomentbefehlsberechnungseinheit 24 dämpft eineKomponente mit einer Resonanzfrequenz ωp derMaschine 2, welche im Eingangssignal τr1 enthaltenist, unter Berücksichtigungder Dämpfungseigenschaftder Maschine 2, und gibt die gedämpfte Komponente aus. Ein Verhältnis zwischendem Eingangssignal τr1 und dem Ausgangssignal τa derDrehmomentbefehlsberechnungseinheit 24 wird durch die folgendeGleichung (12) wiedergegeben:
    [0052] Indemdie Dämpfungskonstantec, die Parallelresonanzfrequenz ωp, die Lastträgheit J1 unddie MotorträgheitJm der Maschine 2 verwendet werden,wird ζz durch die folgende Gleichung (13) wiedergegeben:
    [0053] Selbstwenn die Maschine 2 Dämpfungseigenschaftenaufgrund von Flüssigkeitsreibungo. dgl. aufweist, kann der wie oben aufgebaute Regel-/Steuerantrieb dieLastposition x1 vollständig auf das Eingangssignalxr1 ansprechen lassen, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angelegt wird. Dieses Merkmal kann durch die folgendeGleichung ausgedrücktwerden. Anders ausgedrücktwird, wenn die Maschine 2 als Doppelmassenschwingungssystemangenähertwerden kann und Dämpfungseigenschaftenaufweist, ein Verhältniszwischen einem Motordrehzahlbefehlssignal τm undder Motorposition xm durch die folgendeGleichung (14) wiedergegeben werden:
    [0054] Darüber hinauswird ein Verhältniszwischen der Motorposition xm und der Lastpositionx1 durch die folgende Gleichung (15) wiedergegeben:
    [0055] Darüber hinaussind ein Verhältniszwischen der Motordrehzahl vm und der Motorpositionxm und ein Verhältnis zwischen einem Eingangund einem Ausgang einer Rückkopplungsausgleichseinheit 5 jeweilsdieselben wie diejenigen des Regel-/Steuerantriebs nach der zuvorerwähntenAusführungsform1, und werden durch die Gleichungen (6) bzw. (7) wiedergegeben.Wenn die Gleichungen (6) und (7) und (8) bis (15) aufgestellt werden,wird ein Verhältniszwischen dem Eingangssignal xr1, das andie Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftendes Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 2 angelegt wird,und der Position x1 der Last der Maschine 2 zux1 = xr1. Andersausgedrückt,spricht die Lastposition x1 vollständig aufdas Eingangssignal xr1 an, das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angelegt wird. Deshalb werden die Ansprecheigenschaftender Maschine 2, die ein Ansprechen der Lastposition imHinblick auf die Befehlsposition aufweisen, mit den Ansprecheigenschaftendes FIR-Filters 6 in Übereinstimmunggebracht, und es kann ein Ansprechpfad erfasst werden, der symmetrischist und keine Vibrationen anregt.
    [0056] AlsNächsteswerden die Vorteile, die durch den Regel-/Steuerantrieb nach dieserAusführungsform2 bereitgestellt werden, in Simulation erklärt. 6A ist ein Blockschema, das einen Befehlspfad,der fürdie Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nachAusführungsform2 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einenAnsprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt. 6A zeigt einen Befehlspfad und einenAnsprechpfad der Maschine 2, die vom Regel-/Steuerantriebnach dieser Ausführungsform2 angetrieben wird, wobei die Maschine zwei Freiheitsgrade hat,d.h. zwei Achsen (x- und y-Achse) der freien Bewegung, und 6B zeigt einen Befehlspfad,der fürdie Maschine 2 vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantriebnach der zuvor erwähntenAusführungsform1 angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der Maschine.In diesen Figuren entspricht der Befehlspfad der Form einer Eckemit einem Winkel von 90°,und es wird davon ausgegangen, dass die Resonanzfrequenz ωp der Maschine 2 300 rad/s und die Parallelresonanzfrequenz ωz der Maschine 200 rad/s beträgt. Zusätzlich wirddavon ausgegangen, dass das Dämpfungsverhältnis ζp derMaschine 2 0,2 beträgt.Wie aus dem in den 6A und 6B gezeigten Beispiel ersichtlichist, kann, wenn die Maschine 2 Dämpfungseigenschaften aufweist,der Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform 2 im Vergleich zudem Fall, bei dem der Regel-/Steuerantrieb nach der zuvor erwähnten Ausführungsform1 verwendet wird, Vibrationen im Ansprechpfad noch weiter reduzieren.
    [0057] Wiezuvor erwähnt,dämpftnach dieser Ausführungsform2 jeweils die Positionsbefehlsberechnungseinheit 22, dieGeschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit 23 und die Drehzahlbefehlsberechnungseinheit 24 derAusgleichseinheit 4 fürmechanische Eigenschaften eine Komponente mit einer Parallelresonanz-oder Resonanzfrequenz der Maschine 2 unter Berücksichtigungder Dämpfungseigenschaftender Maschine 2 aufgrund der Flüssigkeitsreibung der Maschine,und das Verzögerungsfilter 21 ersterOrdnung hat eine Zeitkonstante, die so eingestellt ist, das diePhasenverschiebung zwischen dem Eingangssignal xr1,das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegt wird, und der Lastposition x1 aufgehobenwird, wobei die Phasenverschiebung aufgrund der Flüssigkeitsreibungder Maschine ihren Ursprung in der Dämpfungseigenschaft der Maschine 2 nahm,und ist so aufgebaut, dass am Eingangssignal xr1,das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegt wird, eine Korrektur vorgenommen wird. Deshalb kann, selbst wenndie Maschine 2 als Doppelmassenschwingungssystem angenommenwerden kann und die Maschine 2 aufgrund ihrer FlüssigkeitsreibungDämpfungseigenschaften aufweist,der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 2 der vorliegendenErfindung die Maschinenposition, d.h. die Lastposition, vollständig aufden Eingang der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften,d.h. den Ausgang der FIR-Filtereinheit 3 ansprechen lassen,ohne mechanische Vibrationen anzuregen.
    [0058] 7 ist ein Blockschema, daseinen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindungzeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, ist ein IIR-Filter 31 fünfter Ordnung(oder n-ter Ordnung) in einer Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angeordnet. Das IIR-Filter fünfter Ordnung hat eine Eigenschaft,gewünschteFrequenzen auszuschalten, und korrigiert ein Positionsbefehlssignal,das eine FIR-Filtereinheit durchläuft. Der Regel-/Steuerantriebnach Ausführungsform3 der vorliegenden Erfindung hat denselben Aufbau wie derjenigevon 1, mit der Ausnahme,dass die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftendas Filter 31 fünfterOrdnung umfasst, das so aufgebaut ist, dass es das von der FIR-Filtereinheit 3 gefiltertePositionsbefehlssignal korrigiert.
    [0059] AlsNächsteserfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 3der vorliegenden Erfindung. In 7 unterscheidetsich der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 3 der vorliegendenErfindung von demjenigen der zuvor erwähnten Ausführungsform 1, indem die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften, nachdem unter Verwendung des IIR-Filter 31 fünfter Ordnungdas an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangelegte Eingangssignal xr1 korrigiertwurde, das korrigierte Eingangssignal sowohl an eine Positionsbefehlsberechnungseinheit 7 alsauch einen Differenzierer 8 schickt. Es kann davon ausgegangenwerden, dass das IIR-Filter 31 fünfter Ordnung einen durch diefolgende Gleichung (16) gezeigten Aufbau hat:
    [0060] 8 ist ein Schema, das einBeispiel einer Verstärkungskurvedes IIR-FiltersfünfterOrdnung zeigt. Das Beispiel von 8 zeigtdie Verstärkungskurvedes IIR-Filters 31 fünfterOrdnung bei K1 = K2 =K3 = K4 = K5 = 1000. Aus dieser Figur wird ersichtlich,dass Komponenten von Frequenzen, die höher sind als 400 rad/s, vomIIR-Filter fünfterOrdnung ausgeschaltet werden.
    [0061] Nachdem Regel-/Steuerantrieb mit solch einem Aufbau können, auchwenn die Maschine 2 nicht als Doppelmassenschwingungssystemangenähertwerden kann und ein weiterer Resonanzpunkt in einem Frequenzbereichvorkommt, der höherist als die Resonanzfrequenz ωp der Maschine, weil Komponenten von Frequenzen,die nahe am anderen Resonanzpunkt liegen, vom IIR-Filter 31 fünfter Ordnungausgeschaltet werden, Vibrationen im Ansprechpfad reduziert werden.Auch wenn das Positionsbefehlssignal hochfrequentes Rauschen enthält und somitVibrationen im Ansprechpfad hervorgerufen werden, weil Komponentenhoher Frequenzen, die im Positionsbefehlssignal enthalten sind,vom IIR-Filter 31 fünfterOrdnung ausgeschaltet werden, könnendarüberhinaus Vibrationen im Ansprechpfad reduziert werden.
    [0062] AlsNächsteswerden Vorteile, die vom Regel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform3 bereitgestellt werden, basierend auf Simulationsergebnissen erläutert. 9 ist ein Schema, das einenBefehlspfad, der fürdie Zielmaschine vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantrieb nachAusführungsform3 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einenAnsprechpfad der anzutreibenden Zielmaschine zeigt. 9A zeigt einen Befehlspfad und einenAnsprechpfad der Maschine 2, die vom Regel-/Steuerantriebnach dieser Ausführungsform3 angetrieben wird, wobei die Maschine zwei Freiheitsgrade hat,d.h. zwei Achsen (x- und y-Achse) der freien Bewegung, und 9B zeigt einen Befehlspfad,der fürdie Maschine 2 vorgesehen ist, die vom Regel-/Steuerantriebnach der zuvor erwähntenAusführungsform1 angetrieben werden soll, und einen Ansprechpfad der Maschine.In diesen Figuren entspricht der Befehlspfad der Form einer Eckemit einem Winkel von 90°,und es wird davon ausgegangen, dass die Resonanzfrequenz ωp der Maschine 300 rad/s und die Parallelresonanzfrequenz ωz der Maschine 200 rad/s beträgt. Zusätzlich wirddavon ausgegangen, dass die Maschine 2 eine zweite Resonanzfrequenzvon 1000 rad/s und eine zweite Parallelresonanzfrequenz von 700rad/s hat. Wie aus dem in den 9A und 9B gezeigten Beispiel ersichtlichist, kann der Regel-/Steuerantriebnach dieser Ausführungsform3, wenn die Maschine 2 nicht als Doppelmassenschwingungssystem angenähert werdenkann und sowohl eine zweite Resonanzfrequenz als auch eine zweiteParallelresonanzfrequenz hat, Vibrationen im Ansprechpfad im Vergleichzu dem Fall, bei dem der Regel-/Steuerantriebnach der zuvor erwähntenAusführungsform1 verwendet wird, weiter reduzieren.
    [0063] Wiezuvor erwähnt,kann nach dieser Ausführungsform3, weil die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenmit dem IIR-Filter 31 fünfterOrdnung versehen ist, das die Eigenschaft hat, gewünschte Frequenzenauszuschalten und das eingegebene Positionsbefehlssignal korrigiert,wenn hochfrequentes Rauchen im Positionsbefehlssignal enthaltenist, und wenn ein weiterer Resonanzpunkt und ein weiterer Parallelresonanzpunktin einem Frequenzbereich vorkommen, der höher ist als die Resonanz- undParallelresonanzfrequenz der Maschine 2, welche Parameterder Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftensind, der schlechte Einfluss auf den Ansprechpfad reduziert werden.Nach dieser Ausführungsformist das IIR-Filter 31 fünfterOrdnung mit fünfSollpolen in der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangeordnet. Als Alternative kann ein IIR-Filter erster oder höherer Ordnungin der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangeordnet werden.
    [0064] 10 ist ein Blockschema,das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 4 der vorliegendenErfindung zeigt. In der Figur schickt der Regel-/Steuerantrieb einPositionsbefehlssignal, das direkt an einer Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften anliegt, als Optimalwertsignal, das mit der Positioneiner Maschine 2 zusammenhängt, an einen Subtrahierer 12.Ein Differenzierer 8 differenziert das eingegebene Positionsbefehlssignal,um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Geschwindigkeitder Maschine 2 zusammenhängt, und schickt es dann aneinen Addierer/Subtrahierer 14. Eine Berechnungseinheit 10 differenziertdas vom Differenzierer 8 berechnete differenzierte Positionsbefehlssignalweiter und multipliziert das differenzierte Ergebnis mit der Gesamtträgheit derMaschine 2, und ein Vibrationsreduktionsfilter 41 dämpft eineKomponente mit einer Resonanzfrequenz der Maschine 2, dieim Wert enthalten ist, der von der Berechnungseinheit 10 berechnetwurde, und verstärkteine Komponente mit einer Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2,die in dem Wert enthalten ist, der von der Berechnungseinheit 10 berechnetwurde, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmomentder Maschine 2 zusammenhängt, und schickt es an einen Addierer 16.Der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 4 der vorliegendenErfindung hat denselben Aufbau wie derjenige von 1, mit der Ausnahme, dass die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften wie vorstehend aufgebaut ist.
    [0065] AlsNächsteserfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 4der vorliegenden Erfindung. In 10 wirddas direkt an der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenanliegende Positionsbefehlssignal xr alsOptimalwertsignal xa, das mit der Positionder Maschine zusammenhängt,an eine Rückkopplungsausgleichseinheit 5 geschickt.Darüberhinaus wird das Positionsbefehlssignal vom Differenzierer 8 differenziertund dann als Optimalwertsignal va, das mitder Geschwindigkeit der Maschine 2 zusammenhängt, andie Rückkopplungsausgleichseinheit 5 geschickt.Zusätzlichwird das differenzierte Signal, nachdem es vom Differenzierer 8 berechnetwurde, von der Berechnungseinheit 10 weiter differenziert,und wird dann mit der Gesamtträgheitder Maschine 2 multipliziert, das Multiplikationsergebnis wirdan das Vibrationsreduktionsfilter 41 geschickt, und dasAusgangssignal des Vibrationsreduktionsfilters 41 wirdals Optimalwertsignal τa, das mit dem Drehmoment der Maschine zusammenhängt, andie Rückkopplungsausgleichseinheit 5 geschickt.Die Strukturen und Arbeitsabläufeder Rückkopplungsausgleichseinheit 5 undder Maschine 2 sind dieselben wie diejenigen nach der zuvorerwähntenAusführungsform1.
    [0066] AlsNächsteswird der Betrieb des Vibrationsreduktionsfilters 41 erklärt. Es wirddavon ausgegangen, dass ein Verhältniszwischen dem Eingangssignal τr1, das an das Vibrationsreduktionsfilter 41 angelegtwird, und dem Ausgangssignal τa des Vibrationsreduktionsfilters 41 durchdie folgende Gleichung (17) wiedergegeben wird, indem die Resonanzfrequenz ωp und die Parallelresonanzfrequenz ωz der Maschine 2 verwendet werden.
    [0067] DasVibrationsreduktionsfilter 41 dämpft somit die Komponente mitder Resonanzfrequenz der Maschine 2, welche im Wert enthaltenist, der von der Berechnungseinheit 10 berechnet wurde,und verstärktdie Komponente mit der Parallelresonanzfrequenz der Maschine 2,welche im Wert enthalten ist, der von der Berechnungseinheit 10 berechnetwurde.
    [0068] DerRegel-/Steuerantrieb nach dieser Ausführungsform, der einen solcheinfachen Aufbau hat, kann mechanische Vibrationen reduzieren. Wenndarüberhinaus die Maschine 2 zwischen einem Motor 17 undeiner Last 18 von diesem eine hohe Steifigkeit aufweist,und eine geringe Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und einemMotorhalterungssockel, auf dem der Motor montiert ist, und mechanischeVibrationen aufgrund von Resonanz und Parallelresonanz auftreten,die zwischen dem Motor 17 und dem Motorhalterungssockelauftritt, werden Vibrationskomponenten, die von der Resonanz undParallelresonanz stammen, die zwischen dem Motor 17 unddem Motorhalterungssockel auftreten, durch das Vibrationsreduktionsfilter 41 beseitigt,und die Lastposition x1 spricht vollständig aufdas Positionsbefehlssignal xr an. DiesesMerkmal kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.Anders ausgedrückt,wenn die Maschine 2 als Modell mit einer ausreichend hoheSteifigkeit zwischen dem Motor 17 und der Last 18 undeiner niedrigen Steifigkeit zwischen dem Motor 17 und demMotorhalterungssockel angenähertwerden kann, wird ein Verhältniszwischen einem Motordrehmomentbefehlssignal τm undeiner Motorposition xm durch die folgendeGleichung (18) wiedergegeben:
    [0069] Darüber hinauswird ein Verhältniszwischen der Motorposition xm und einerLastposition x1 durch die folgende Gleichung(19) wiedergegeben:
    [0070] Darüber hinaussind das Verhältniszwischen einer Motordrehzahl vm und derMotorposition xm , und ein Verhältnis zwischendem Ein- und Ausgang der Rückkopplungsausgleichseinheit 5 dieselbenwie diejenigen des Regel-/Steuerantriebsnach der zuvor erwähntenAusführungsform1, und werden durch die Gleichungen (6) bzw. (7) wiedergegeben.Wenn die Gleichungen (6) und (7) und (17) bis (19) aufgestellt werden,wird das Verhältniszwischen dem eingegebenen Positionsbefehlssignal xr,das an die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftendes Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 4 angelegt wird,und die Position x1 der Last der Maschine 2 zux1 = xr. Andersausgedrücktentspricht die Lastposition x1 vollständig demeingegebenen Positionsbefehlssignal xr.Deshalb könnenmechanische Vibrationen wirksam reduziert werden.
    [0071] AlsNächsteswerden Vorteile, die durch den Regel-/Steuerantrieb nach dieserAusführungsform4 bereitgestellt werden, basierend auf Simulationsergebnissen erläutert. 11 ist ein Schema, das einenBefehlspfad, der fürdie Zielmaschine vorgesehen ist, die von dem Regel-/Steuerantriebnach Ausführungsform4 der vorliegenden Erfindung angetrieben werden soll, und einenAnsprechpfad der anzutreibenden Maschine zeigt. 11 zeigt einen Befehlspfad und einenAnsprechpfad der Maschine 2, die vom Regel-/Steuerantrieb nach dieserAusführungsform4 angetrieben wird, wobei die Maschine zwei Freiheitsgrade hat,d.h. zwei Achsen (eine x- und eine y-Achse) der freien Bewegung.In der Figur entspricht der Befehlspfad der Form einer Ecke mit einemWinkel von 90°,und der Ansprechpfad ist vorgesehen, wenn man das anzutreibendeZiel sich zwischen zwei Positionen und in zwei BewegungsrichtungenA und B entlang desselben Pfads bewegen lässt. Darüber hinaus wird davon ausgegangen,dass die Maschine eine ausreichend hohe Steifigkeit zwischen demMotor 17 und dessen Last 18 und eine geringe Steifigkeitzwischen dem Motor 17 und dem Motorhalterungssockel, aufdem der Motor angebracht ist, hat, und dass die Resonanzfrequenz ωp der Maschine 2 300 rad/s und die Parallelresonanzfrequenz ωz der Maschine 2 200 rad/s beträgt. Wieaus dem in 11 gezeigtenBeispiel ersichtlich ist, kann der Regel-/Steuerantrieb nach dieserAusführungsform4, auch wenn die Maschine 2 eine geringe Steifigkeit zwischendem Motor 17 und dessen Motorhalterungssockel hat, Vibrationenim Ansprechpfad und den Unterschied zwischen den beiden Ansprechpfadendes Umlaufs im Vergleich zu dem Fall weiter reduzieren, bei demRegel-/Steuerantriebeaus dem Stand der Technik verwendet werden.
    [0072] Wievorstehend erwähnt,kann nach dieser Ausführungsform4 der Regel-/Steuerantrieb,weil das Vibrationsreduktionsfilter 41 die Komponente mitder Resonanzfrequenz der Maschine 2 dämpft, die in dem von der Berechnungseinheit 10 berechnetenWert enthalten ist, und die Komponente mit der Parallelresonanzfrequenzder Maschine 2 verstärkt,die in dem von der Berechnungseinheit 10 berechneten Wertenthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit demDrehmoment der Maschine zusammenhängt, die Wirkung entfalten,Vibrationen mit einem einfacheren Aufbau als demjenigen des Regel-/Steuerantriebsnach der zuvor erwähntenAusführungsform1 zu reduzieren. Insbesondere, wenn Vibrationen aufgrund geringerSteifigkeit zwischen dem Motor 17 und dem Motorhalterungssockelder Maschine 2 auftreten, können Vibrationen in der Maschine 2 reduziertwerden.
    [0073] 12 ist ein Blockschema,das einen Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 5 der vorliegendenErfindung zeigt. In der Figur ist eine Positionsbefehlskorrektureinheit 51 zwischeneiner FIR-Filtereinheit 3 und einer Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angeordnet. Die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 hateine Eigenschaft, den Einfluss eines FIR-Filters 6 und eines IIR-Filters 31 aufdie Abnahme ihrer Verstärkungenin einem Frequenzbereich zu reduzieren, der niedriger ist als dieGrenzfrequenzen dieser Filter, und korrigiert ein Positionsbefehlssignal,das durch das FIR-Filter 6 läuft.
    [0074] EinSimulationspositionsregelkreis 52 führt eine Simulation einer Rückkopplungsausgleichseinheit 5 basierendauf sowohl einem Optimalwertsignal durch, das mit der Position einerMaschine zusammenhängt, alsauch einem Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschinezusammenhängt,um ein Simulationsgeschwindigkeitssignal zu berechnen. Eine Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 berechnetein Drehmomentkorrektursignal entsprechend einer Veränderungbeim Vorzeichen des Simulationsgeschwindigkeitssignals, und liefertdann das Drehmomentkorrektursignal an den Addierer 16 derRückkopplungsausgleichseinheit 5.In der Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 subtrahiertein Subtrahierer 54 ein Simulationspositionssignal vomOptimalwertsignal, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, undliefert dann das Subtraktionsergebnis an eine zweite Positionssteuerungseinheit 55.Die zweite Positionssteuerungseinheit 55 führt dieselbeBerechnung durch wie die Positionssteuerungseinheit 13,die in Ausführungsform1 erläutertist, und liefert das Berechnungsergebnis dann an den Addierer 56.Der Addierer 56 addiert den Ausgang der zweiten Positionssteuerungseinheit 55 zumOptimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, umdas Simulationsgeschwindigkeitssignal zu erhalten, und ein Integrator 57 integriertdas Simulationsgeschwindigkeitssignal, um das Simulationspositionssignalzu erhalten. Der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 5 der vorliegendenErfindung hat denselben Aufbau wie derjenige von 7 mit der Ausnahme, dass der Regel-/Steuerantrieb nochdie Positionsbefehlskorrektureinheit 51, die Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 unddie Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 umfasst.
    [0075] AlsNächsteserfolgt eine Beschreibung zum Betrieb des Regel-/Steuerantriebs nach Ausführungsform 5der vorliegenden Erfindung. Wie in 12 gezeigtist, unterscheidet sich der Regel-/Steuerantrieb nach Ausführungsform 5der vorliegenden Erfindung dadurch von demjenigen nach der zuvorerwähntenAusführungsform3, dass die Positionsbefehlskorrektureinheit 51, nachdemsie das Ausgangssignal der FIR-Filtereinheit 3 korrigierthat, dieses an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften schickt, die Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 dasSimulationsgeschwindigkeitssignal sowohl aus dem Optimalwertsignal,das mit der Position der Maschine zusammenhängt, als auch dem Optimalwertsignal,das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, erhält, welchevon der Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenan sie geschickt wurden, und die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 dasDrehmomentkorrektursignal aus dem an sie geschickten Simulationsgeschwindigkeitssignalberechnet und es an den Addierer 16 schickt, um den Addierer 16 dasDrehmomentkorrektursignal zum Motordrehmomentbefehlssignal addierenzu lassen.
    [0076] DasFIR-Filter 6 und das IIR-Filter 31 fünfter Ordnungglättendas eingegebene Positionsbefehlssignal, um zu verhindern, dass Signale,die in die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 eingegebenwerden, zu großen Impulsenwerden, wodurch verhindert wird, dass ein schlechter Einfluss aufdie Maschine 2 ausgeübtwird. Diese Filter könnenauch Vibrationen im Ansprechpfad reduzieren, indem sie Komponentenmit zu hohen Frequenzen, die im Positionsbefehlssignal enthaltensind, ausschalten. Dennoch sinken, weil diese Filter beide Tiefpassfiltersind, ihre Verstärkungen,wenn die Frequenz des Eingangs zunimmt. Die Verstärkungendieser Filter könnenauch dann in einem niederfrequenten Bereich von Frequenzen etwasabnehmen, die niedriger als die Grenzfrequenz sind, und dies führt dazu,dass der Radius des Ansprechpfads kleiner wird als der Radius desBefehlspfads, wenn der Befehlspfad einen Bogen umfasst.
    [0077] Deshalbkorrigiert die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 daseingegebene Positionsbefehlssignal so, dass der Einfluss des FIR-Filters 6 undIIR-Filters 31 fünfterOrdnung auf die Abnahme ihrer Verstärkungen hin reduziert wird.Ein Verhältniszwischen dem Eingangssignal xr1, das andie Positionsbefehlskorrektureinheit 51 angelegt wird,und einem Ausgangssignal xr11 aus der Positionsbefehlskorrektureinheit 51 wirddurch die folgende Gleichung (20) wiedergegeben: xr11(s)=(1 + α·s)xr1 (20)worin α ein Parameterist, der zum Erhöhenoder Senken des Korrekturbetrags verwendet wird und so eingestelltist, dass die Abnahme bei den Verstärkungen im niedrigen Frequenzbereichvon der Frequenz des Positionsbefehlssignals xr biszur Frequenz des Ausgangs xr2 des IIR-Filters 31 fünfter Ordnungunter einen gewünschtenWert geht.
    [0078] Darüber hinauskann, wenn eine Reibungskraft auf den Motor 17 wirkt, wennsich die Drehrichtung des Motors 17 umkehrt, eine Zeitverzögerung beider Nachführungdes Ausgangs der FIR-Filtereinheit 3 durch die Positionder Maschine 2 auftreten, und dies führt zum Auftreten eines Unterschiedszwischen dem Befehls- und Ansprechpfad. In diesem Fall kann, indemein Korrekturbefehl zur Korrektur des Drehmomentbefehlssignals vorgesehenwird, wenn sich das Vorzeichen der Motordrehzahl ändert, verhindertwerden, dass eine Zeitverzögerungbeim Verfolgen des Ausgangs der FIR-Filtereinheit 3 durchdie Position der Maschine 2 auftritt. Nach dem Verfahrendes Vorsehens des Korrekturbefehls, wenn sich das Vorzeichen desMotordrehzahlsignals ändert,kann jedoch, wenn sich das Vorzeichen des Motordrehzahlsignals aufgrundeiner geringen Wirbelströmung ändert, dieam Motor 17 oder der Last 18 anliegt, wenn derMotor 17 steht, die Drehrichtung des Motors 17 alsumgekehrt angenommen werden, und deshalb wird unerwünschterWeise der Korrekturbefehl bereitgestellt.
    [0079] Hingegenführt dieSimulationspositionsregelkreiseinheit 52 eine Simulationder Rückkopplungsausgleichseinheit 5 basierendauf sowohl dem Optimalwertsignal, das mit der Position der Maschinezusammenhängt,als auch dem Optimalwertsignal durch, das mit der Geschwindigkeitder Maschine zusammenhängt,um ein Simulationsgeschwindigkeitssignal zu berechnen, und liefertdieses dann an die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53.In der Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 subtrahiertder Subtrahierer 54 das Simulationspositionssignal vomOptimalwertsignal, das mit der Position der Maschine zusammenhängt, undliefert das Subtraktionsergebnis an die zweite Positionssteuerungseinheit 55.Die zweite Positionssteuerungseinheit 55 führt dieselbeBerechnung durch wie die Positionssteuerungseinheit 13,die in Ausführungsform1 erläutertist, und schickt dann das Berechnungsergebnis an den Addierer 56.Der Addierer 56 addiert den Ausgang der zweiten Positionssteuerungseinheit 55 zumOptimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit der Maschine zusammenhängt, umdas Simulationsgeschwindigkeitssignal zu erhalten, und der Integrator 57 integriertdas Simulationsgeschwindigkeitssignal, um das Simulationspositionssignalzu erhalten. Die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 berechnetdas Drehmomentkorrektursignal entsprechend einer Veränderungbeim Vorzeichen des Simulationsgeschwindigkeitssignals, und schicktes dann an den Addierer 16. Das Drehmomentkorrektursignalhat einen Wert, der entsprechend einer Veränderung beim Drehmoment desMotors vorbestimmt wird, wenn sich die Drehrichtung des Motors 17 umkehrt,welcher Wert vorab gemessen wird.
    [0080] Wiezuvor erwähnt,wird nach dieser Ausführungsform5, weil die von ihnen selbst verursachte Abnahme bei den Verstärkungenin einem niederfrequenten Bereich des FIR-Filters 6 undIIR-Filters 31 fünfterOrdnung durch die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 ausgeglichenwird, wenn der Befehlspfad einen Bogen enthält, der Radius des Ansprechpfadsniemals kleiner als der Radius des Befehlspfads, und der Unterschiedzwischen dem Befehlspfad und dem Ansprechpfad kann verringert werden.Darüberhinaus kann, weil die Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 dasSimulationsgeschwindigkeitssignal sowohl aus dem Optimalwertsignal, dasmit der Position der Maschine zusammenhängt, als auch dem Optimalwertsignal,das mit der Geschwindigkeit zusammenhängt, berechnet, und die Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 dasDrehmomentkorrektursignal entsprechend einer Veränderung im Vorzeichen des Simulationsgeschwindigkeitssignals berechnetund dann das Drehmomentkorrektursignal zum Motordrehmomentbefehlssignaladdiert, verhindert werden, dass eine Zeitverzögerung bei der Nachführung desAusgangs der FIR-Filtereinheit 3 durch die Position derMaschine 2 auftritt, und der Unterschied zwischen dem Befehlspfadund dem Ansprechpfad kann verringert werden.
    [0081] Nachdieser Ausführungsform5 ist der Regel-/Steuerantrieb zusätzlich zum Aufbau des Regel-/Steuerantriebsnach Ausführungsform3, wie zuvor erläutert,noch mit der Positionsbefehlskorrektureinheit 51, der Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 undder Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 versehen.Als Alternative kann der Regel-/Steuerantriebdarüberhinaus nur mit der Positionsbefehlskorrektureinheit 51 odernur mit der Simulationspositionsregelkreiseinheit 52 undder Drehmomentkorrektursignalberechnungseinheit 53 derzuvor erwähntenzusätzlichenBauteile versehen sein.
    [0082] Zusätzlich istnach dieser Ausführungsform5, wie zuvor erwähnt,die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 zwischen der FIR-Filtereinheit 3 undder Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftenangeordnet. Als Alternative kann die Positionsbefehlskorrektureinheit 51 vorder FIR-Filtereinheit 3 oder hinter der Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angeordnet sein.
    [0083] Darüber hinausaddiert nach dieser Ausführungsform5 der Regel-/Steuerantriebdas Drehmomentkorrektursignal zum Motordrehmomentbefehlssignal.Als Alternative kann der Regel-/Steuerantrieb das Drehmomentkorrektursignalzum Optimalwertsignal addieren, das mit dem Drehmoment der Maschinezusammenhängt.In diesem Fall kann der Regel-/Steuerantrieb, wenn die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 einRegel-/Steuergerätist, das eine Proportional- und Integralsteuerung durchführt, dasDrehmomentkorrektursignal alternativ zu einem integrierten Postenaddieren, der durch die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 15 erhalten wird.
    [0084] Zusätzlich empfängt nachjeder der zuvor erwähntenAusführungsformendie Rückkopplungsausgleichseinheit 5 diemehreren Optimalwertsignale, die jeweils, wie zuvor erwähnt, mitder Position, Geschwindigkeit und dem Drehmoment der Maschine zusammenhängen. AlsAlternative kann die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 einOptimalwertsignal empfangen, das mit der Beschleunigung der Maschinezusammenhängt,anstatt des Optimalwertsignals, das mit dem Drehmoment der Maschinezusammenhängt.In diesem Fall kann die Berechnungseinheit 10 nach jederder zuvor erwähntenAusführungsformendurch eine Berechnungseinheit ersetzt werden, die nur das vom Differenzierer 8 erhaltene,differenzierte Ergebnis differenziert. Diese Variante kann denselben Vorteilbereitstellen. Als Alternative kann die Rückkopplungsausgleichseinheit 5 einOptimalwertsignal empfangen, das mit einem elektrischen Strom zusammenhängt, derin der Maschine fließt,anstatt des Optimalwertsignals, das mit dem Drehmoment der Maschinezusammenhängt.In diesem Fall kann die Berechnungseinheit 10 nach einerder zuvor erwähntenAusführungsformendurch eine Berechnungseinheit ersetzt werden, die das vom Differenzierer 8 erhaltene,differenzierte Ergebnis mit einem Wert multipliziert, der dadurcherhalten wird, dass die Gesamtträgheitder Maschine 2 durch die Drehmomentkonstante des Motors 17 anstattdie Gesamtträgheitder Maschine 2 dividiert wird. Diese Variante kann denselben Vorteilbereitstellen.
    [0085] Darüber hinausist nach jeder der zuvor erwähntenAusführungsformender Motor 17 von der Rotationsart, um, wie zuvor erwähnt, einDrehmoment zu erzeugen. Als Alternative kann der Motor 17 vonder linearen Art sein, um einen Schub zu erzeugen. In diesem Fallkann in jeder der zuvor erwähntenAusführungsformenTrägheitdurch Masse und Drehmoment durch Schub ersetzt werden. Diese Variantekann denselben Vorteil bereitstellen.
    [0086] Wiezuvor erwähnt,wird der Regel-/Steuerantrieb nach der vorliegenden Erfindung aufdie Positionssteuerung der Zielmaschine angewandt. Alternativ kannder Regel-/Steuerantrieb nach der vorliegenden Erfindung auf dieGeschwindigkeitssteuerung der Zielmaschine angewandt werden. Wirdder Regel-/Steuerantriebnach der vorliegenden Erfindung auf die Geschwindigkeitssteuerungder Zielmaschine angewandt, besteht keine Notwendigkeit, die Rückkopplungsschleife,die mit der Position der Zielmaschine zusammenhängt, und die Vorwärtskopplungsschleife,die mit der Position der Zielmaschine zusammenhängt, vorzusehen. Diese Variantekann denselben Vorteil bereitstellen.
    [0087] Zusätzlich können nachjeder der zuvor erwähntenAusführungsformendie Positionsbefehlsbetriebseinheit, die Geschwindigkeitsbefehlsbetriebseinheitund die Drehmomentbefehlsbetriebseinheit die mehreren Optimalwertsignale,die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmomentder Zielmaschine zusammenhängen,entweder mit einer Totzeit multiplizieren, die durch einen Unterscheidungsvorganghervorgerufen wird, bzw. mit einem Einstellfaktor, der dazu verwendetwird, damit ein leichter Modellfehler des zu steuernden Ziels eingestelltwird. Alternativ könnender Differenzierer 8 und die Berechnungseinheit 10 ihre jeweiligenberechneten Wert mit einem ähnlichenEinstellfaktor multiplizieren.
    [0088] Darüber hinaussind nach jeder der zuvor erwähntenAusführungsformendie Bestandteile der Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften in unterschiedlicher Reihenfolge angeordnet, solangenur die Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaftendieselbe Transferfunktion von ihrem Eingang zu ihrem Ausgang aufweist.Beispielsweise kann das Optimalwertsignal va,das mit der Geschwindigkeit der Zielmaschine zusammenhängt, dadurchbestimmt werden, dass das Optimalwertsignal xa,das mit der Position der Zielmaschine zusammenhängt, differenziert wird. Zusätzlich kannin jeder der zuvor erwähntenAusführungsformendie Differenzierung durch eine Pseudodifferenzierung (Multiplizierendes Unterschieds zwischen dem unmittelbar vorhergehenden und demaktuellen Wert mit einer Reziproken der Abtastperiode, um eine ungefähre Ableitungzu berechnen) ersetzt werden.
    [0089] Zusätzlich können nachjeder der zuvor erwähntenAusführungsformen1 bis 3 die FIR-Filtereinheit 3 und die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften die Plätzetauschen. Anders ausgedrücktwird das Positionsbefehlssignal direkt an die Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften angelegt, und die Ausgänge der Ausgleichseinheit 4 für mechanischeEigenschaften werden dann in die FIR-Filtereinheit 3 eingegeben.Die FIR-Filtereinheit 3 erzeugt schließlich die mehreren Optimalwertsignale,die jeweils mit der Position, der Geschwindigkeit und dem Drehmomentder Zielmaschine zusammenhängen,aus den Ausgängender Ausgleichseinheit 4 für mechanische Eigenschaften.
    [0090] Vielestark unterschiedliche Ausführungsformender vorliegenden Erfindung könnenkonstruiert werden, ohne dass dabei der Aussagegehalt und Umfangder vorliegenden Erfindung verlassen würde. Es sollte klar sein, dasssich die vorliegende Erfindung mit Ausnahme dessen, was in den beigefügten Ansprüchen definiertist, nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, diein der Beschreibung beschrieben sind.BEZUGSZEICHENLISTE
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Regel-/Steuerantrieb (1), dadurchgekennzeichnet, dass er umfasst: eine FIR-Filtereinheit(3), um ein Positionsbefehlssignal zu korrigieren; eineAusgleichseinheit (4) fürmechanische Eigenschaften, um Komponenten zu dämpfen, wovon jede eine vorbestimmteFrequenz hat und einer Eigenschaft einer anzutreibenden Zielmaschine(2) entspricht, welche in dem von der FIR-Filtereinheitkorrigierten Positionsbefehlssignal enthalten ist, um mehrere Optimalwertsignalezu berechnen, die jeweils mit einer Position, einer Geschwindigkeitund einem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängen; und eine Rückkopplungsausgleichseinheit(5), um die anzutreibende Zielmaschine entsprechend denmehreren Optimalwertsignalen anzutreiben, die jeweils mit der Position,der Geschwindigkeit und dem Drehmoment zusammenhängen und von der Ausgleichseinheitfür mechanischeEigenschaften berechnet wurden.
    [2] Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Ausgleichseinheit fürmechanische Eigenschaften eine Positionsbefehlsberechnungseinheit(7) umfasst, um eine Komponente zu dämpfen, die eine Parallelresonanzfrequenzder anzutreibenden Zielmaschine hat, welche im Positionsbefehlssignalenthalten ist, um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit derPosition der Zielmaschine zusammenhängt, einen Differenzierer (8),um das Positionsbefehlssignal zu differenzieren, eine Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit(9), um eine Komponente zu dämpfen, die die Parallelresonanzfrequenzder anzutreibenden Maschine hat, welche in einem vom Differenziererberechneten Wert enthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen,das mit der Geschwindigkeit der Zielmaschine zusammenhängt, eineBerechnungseinheit (10), um den vom Differenzierer berechnetenWert zu differenzieren, und um den differenzierten Wert mit derGesamtträgheitder anzutreibenden Maschine zu multiplizieren, und eine Drehmomentbefehlsberechnungseinheit(11), um eine Komponente zu dämpfen, die eine Resonanzfrequenzder anzutreibenden Zielmaschine hat, welche in einem von der Berechnungseinheitberechneten Wert enthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen,das mit dem Drehmoment der Zielmaschine zusammenhängt.
    [3] Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Ausgleichseinheit fürmechanische Eigenschaften ein Verzögerungsfilter (21)erster Ordnung umfasst, um das Positionsbefehlssignal zu korrigieren,wobei das Verzögerungsfiltererster Ordnung eine Zeitkonstante hat, die entsprechend einer Dämpfungskonstante,einer Parallelresonanzfrequenz und einer Trägheit einer Last der anzutreibendenZielmaschine so eingestellt ist, dass ein Einfluss von Dämpfungseigenschaftender anzutreibenden Zielmaschine reduziert ist, eine Positionsbefehlsberechnungseinheit(22), um eine Komponente zu dämpfen, die die Parallelresonanzfrequenzder Zielmaschine hat, welche im vom Verzögerungsfilter erster Ordnungunter Berücksichtigungder Dämpfungseigenschaftender anzutreibenden Zielmaschine korrigierten Positionsbefehlssignal enthaltenist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit der Positionder anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt, einen Differenzierer (8),um das vom Verzögerungsfiltererster Ordnung korrigierte Positionsbefehlssignal zu differenzieren,eine Geschwindigkeitsbefehlsberechnungseinheit (23), umeine Komponente zu dämpfen,welche die Parallelresonanzfrequenz der Zielmaschine hat, welchein dem vom Differenzierer unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaftender anzutreibenden Zielmaschine differenzierten Positionsbefehlssignalenthalten ist, um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit derGeschwindigkeit der anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt, eineBerechnungseinheit (10), um einen vom Differenzierer berechnetenWert zu differenzieren, und um den differenzierten Wert mit einerGesamtträgheitder anzutreibenden Zielmaschine zu multiplizieren, und eine Drehmomentbefehlsberechnungseinheit(24), um eine Komponente zu dämpfen, die eine Resonanzfrequenzder anzutreibenden Zielmaschine hat, welche in einem von der Berechnungseinheitunter Berücksichtigungder Dämpfungseigenschaftender anzutreibenden Zielmaschine berechneten Wert enthalten ist,um das Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment derZielmaschine zusammenhängt.
    [4] Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die FIR-Filtereinheit mit zwei oder mehr Filtern mit gleitendemMittelwert versehen ist, wovon jeder eine Zeitkonstante hat, diebasierend auf der erforderlichen Pfadgenauigkeit eingestellt ist.
    [5] Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Ausgleichseinheit fürmechanische Eigenschaften ein Filter n-ter Ordnung (31)umfasst (n ist eine beliebige natürliche Zahl), um das Positionsbefehlssignalzu korrigieren, wobei das Filter n-ter Ordnung eine Eigenschafthat, eine Komponente mit einer gewünschten Frequenz auszuschalten.
    [6] Regel-/Steuerantrieb (1), dadurch gekennzeichnet,dass er umfasst: einen Differenzierer (8) zum Differenziereneines Positionsbefehlssignals, um ein Optimalwertsignal zu berechnen,das mit einer Geschwindigkeit der anzutreibenden Zielmaschine (2)zusammenhängt; eineBerechnungseinheit (10), um einen vom Differenzierer berechnetenWert zu differenzieren, und um den differenzierten Wert mit derGesamtträgheitder anzutreibenden Zielmaschine zu multiplizieren; ein Vibrationsreduktionsfilter(41), um eine Komponente zu dämpfen, die eine Resonanzfrequenzder anzutreibenden Zielmaschine hat, welche in einem von der Berechnungseinheitberechneten Wert enthalten ist, und um eine Komponente zu verstärken, dieeine Parallelresonanzfrequenz der anzutreibenden Zielmaschine hat, welchein dem von der Berechnungseinheit berechneten Wert enthalten ist,um ein Optimalwertsignal zu berechnen, das mit dem Drehmoment deranzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt; und eine Rückkopplungsausgleichseinheit(5), um die anzutreibende Zielmaschine entsprechend demPositionsbefehlssignal, dem Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeitder anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt und vom Differenziererberechnet wurde, und dem Optimalwertsignal, das mit dem Drehmomentder anzutreibenden Zielmaschine zusammenhängt und vom Vibrationsreduktionsfilterberechnet wurde, anzutreiben.
    [7] Regel-/Steuerantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis6, darüberhinaus eine Positionsbefehlskorrektureinheit (51) umfassend,um das Positionsbefehlssignal so zu korrigieren, dass ein Einflussder FIR-Filtereiheit aufeine Verstärkungder FIR-Filtereinheit selbst reduziert ist.
    [8] Regel-/Steuerantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Positionsbefehlskorrektureinheit das Positionsbefehlssignalkorrigiert, indem ein Wert zum Positionsbefehlssignal addiert wird,der durch Multiplizieren des differenzierten Positionsbefehlssignalmit einem Koeffizienten erhalten wurde.
    [9] Regel-/Steuerantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis8, darüberhinaus eine Simulationspositionsregelkreiseinheit (52)umfassend, um ein Simulationsgeschwindigkeitssignal entsprechendsowohl dem Optimalwertsignal, das mit der Position der Zielmaschinezusammenhängt,als auch dem Optimalwertsignal, das mit der Geschwindigkeit derZielmaschine zusammenhängt,zu berechnen, welche von der Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaftenberechnet werden, eine Drehmomentkorrekturberechnungseinheit (53),um ein Drehmomentkorrektursignal entsprechend einer Veränderungim Vorzeichen des von der Simulationspositionsregelkreiseinheitberechneten Simulationsgeschwindigkeitssignals zu berechnen, wennsich eine Drehrichtung der anzutreibenden Zielmaschine umkehrt,und um das Optimalwertsignal zu korrigieren, das mit dem Drehmomentder Maschine zusammenhängt,welches von der Ausgleichseinheit für mechanische Eigenschaftenentsprechend dem Drehmomentkorrektursignal berechnet wird.
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    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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