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Dokumentenidentifikation DE60116468T2 20.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001288746
Titel VERFAHREN ZUR ERKENNUNG EINER FÜR EIN SERVOSTEUERSYSTEM KRITISCHEN OSZILLATION
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder TOMITA, KABUSHIKI KAISHA YASKAWA DENKI, Koji, kitakyushu-shi, Fukuoka 806-0004, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60116468
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 05.03.2001
EP-Aktenzeichen 019083187
WO-Anmeldetag 05.03.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/JP01/01695
WO-Veröffentlichungsnummer 2001067187
WO-Veröffentlichungsdatum 13.09.2001
EP-Offenlegungsdatum 05.03.2003
EP date of grant 04.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.07.2006
IPC-Hauptklasse G05B 13/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems und für die Einstellung von Steuerparametern.

US 5157597 legt ein Verfahren offen für die automatische Oszillationserfassung eines Servosystems und für die schnelle, exakte und automatische Einstellung einer Geschwindigkeits-RÜckkopplungsschleifenverstärkung hiervon. Das Verfahren umfasst die Schritte (a) der Festlegung einer Positionsabweichung bezüglich der charakteristischen Positions-Rückkopplungsschleifenverstärkung des Servosystems, so dass die Positions-Rückkopplungsschleifenverstärkung des Servosystems einen großen Wert in einem vorbestimmten Positions-Abweichungs-Bereich annimmt; (b) periodisches Auswählen eines Positions-Abweichungs-Parameters, der gemäß eines Positionsbefehls, der in den vorbestimmten Positions-Abweichungs-Bereich fällt, erzeugt wird, während das Servosystem in Betrieb ist; (c) Festlegen einer Haupt-Oszillations-Komponente des Positions-Abweichungs-Parameters; (d) automatisches Einstellen der Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleifenverstärkung des Servosystems, so dass die Haupt-Oszillations-Komponente in einen vorbestimmten Frequenzbereich fällt.

Um ein Objekt zu steuern, das in einem Servosystem gesteuert werden soll, wird üblicherweise eine Rückkopplungs-Steuerung durchgeführt, durch die hinsichtlich des zu steuernden Objektes ein Betriebswert erfasst wird durch eine Abweichung zwischen einem Befehl, der von einer Vorrichtung einer oberen Ebene ausgegeben wird, und einem tatsächlichen Steuerwert. 5 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Servo-Steuersystems zeigt, durch das eine Geschwindigkeitsregelung durchgeführt wird. Das Servo-Steuersystem besteht aus einem Subtrahiergerät 1, einem Geschwindigkeitsregler 2, einem Drehmomentverstärker 3, einem Servomotor (M)4, einem Impulsgeber (E)5, einer Maschine 6 und einem Differenziergerät 7. Der Geschwindigkeitsregler 2 ist eine Einrichtung für das Steuern der Maschine 6, die eine Objekt ist, das gesteuert werden soll, und er ist eine Proportional-Integral-Differential-Einheit (hiernach ein „PID-Regler" genannt). Hierbei sind Kv, Ki und Kd Steuerparameter des Geschwindigkeitsreglers 2. Kv ist eine Proportionalverstärkung, Ki ist eine reziproke Zahl einer Integrationszeitkonstante, und Kd ist eine Differentiationszeit.

Das Subtrahiergerät 1 subtrahiert eine Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; von einem Geschwindigkeits-Befehl &ohgr;r, der von einer (nicht dargestellten) Vorrichtung einer oberen Ebene eingegeben wird und gibt eine Geschwindigkeitsabweichung aus. Der Geschwindigkeitsregler 2 führt die PID-Regelung durch Eingeben der Geschwindigkeitsabweichung durch und gibt einen Drehmoment Befehl Tr aus. Durch das Eingeben des Drehmoment Befehls Tr, gibt der Drehmomentverstärker 3 einen Strom an den Servomotor 4 aus. Der Servomotor 4 dreht sich durch den Strom, und die Maschine 6 bewegt sich durch die Drehbewegung. Der Impulsgeber 5 ist an dem Servomotor 4 befestigt und gibt die Drehposition des Servomotors 4 aus. Das Differenziergerät 7 leitet die Drehposition ab, die von dem Impulsgeber 5 ausgegeben wird, und gibt eine Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; aus. Auch in dem Fall, in dem das oben beschriebene Servo-Steuersystem ein digitales Steuersystem ist, das die Steuerung mittels Abtastzyklen durchführt, gibt es üblicherweise viele Fälle, in denen ein Differenzdetektor anstelle des Differenziergerätes 7 verwendet wird, womit eine Differenz zwischen der vorherigen und dieser Drehposition in der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; gebildet wird.

6 ist ein Ersatz-Blockdiagramm des in 5 gezeigten Servo-Steuersystems. In 6 basiert eine Beschreibung auf der Annahme, dass die Maschine 6 völlig starr ist, das Ansprechverhalten des Drehmomentverstärkers 3 ideal für die Vereinfachung deren Beschreibung ist und der Geschwindigkeitsregler 2 eine proportionale Regelung nur auf der Basis der proportionalen Verstärkung Kv durchführt. 6(a) ist ein Ersatz-Blockdiagramm eines Servo-Steuersystems, in dem eine Trägheit der Maschine 6 mit J angenommen wird, und 6(b) ist ein Ersatz-Blockdiagramm eines Servo-Steuersystems, in dem eine Trägheit der Maschine 6 mit 2J angenommen wird. Hierbei wird ebenfalls angenommen, dass die Werte der Proportionalverstärkungen Kv in 6(a) und (b) gleich sind.

7 ist eine graphische Darstellung, die eine Übergangsreaktion der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; mit Bezug auf einen schrittweisen Geschwindigkeits-Befehl &ohgr;r in 6(a) und (b) zeigt. Wie in 7 gezeigt, wo sich die Trägheit der Maschine 6 von J nach 2J verändert, versteht es sich, dass sich die Reaktion des Servo-Steuersystems verändert und sich die folgende Leistungsfähigkeit des Servo-Steuersystems verschlechtert.

In einem Fall, in dem Parameter eines Objektes, das gesteuert werden soll, wie die Trägheit der Maschine 6, verändert werden, ist es deshalb in einem solchen Servo-Steuersystem notwendig, die Steuerparameter, wie die Proportionalverstärkung Kv des Geschwindigkeitsreglers 2, in Reaktion auf die Werte der Trägheit so zu verändern, dass die Maschine 6 optimal gesteuert wird. Wenn jedoch die Steuerparameter, wie die Proportionalverstärkung Kv, unbedacht verändert werden, kann es einen Anlass zur Unruhe geben, indem Oszillationen infolge der Resonanz des mechanischen Systems, einschließlich der Maschine 6, und Leerlauf bei dem Servo-Steuersystem etc. auftreten. Je größer die Proportionalverstärkung Kv wird, umso mehr ist im Allgemeinen die folgende Leistungsfähigkeit für den Geschwindigkeits-Befehl &ohgr;r erhöht. Wenn jedoch die Proportionalverstärkung Kv zu sehr erhöht ist, wird das Servo-Steuersystem wahrscheinlich oszillieren.

Es wird angenommen, dass unter den Werten der Proportionalverstärkungen Kv ein Bereich von Werten der Proportionalverstärkung Kv als Bereich „a" festgelegt wird, wenn das Servo-Steuersystem nicht oszilliert und sich in einem stabilen Zustand befindet, und ein Bereich von Werten der Proportionalverstärkung Kv wird als Bereich „b" festgelegt, wenn sich das Servo-Steuersystem in einem kritischen Oszillationszustand befindet, und ein Bereich von Werten der Proportionalverstärkung Kv wird als Bereich „c" festgelegt, wenn sich das Servo-Steuersystem in einem völlig oszillierenden Zustand befindet. 8 sind Darstellungen, die eine Frequenzreaktion G(f) der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; in Form eines Logarithmus' zeigen, während die Werte der Proportionalverstärkung Kv sich in den jeweiligen Bereichen befinden.

8(a) zeigt einen Zustand von logG(f), in dem die Werte der Proportionalverstärkung Kv in Bereich „a" liegen, wobei logG(f) eine kleine Spitze in der Nähe von f = 0 aufweist, und der Wert von logG(f) ist vollkommen niedrig. 8(b) zeigt einen Zustand von logG(f), in dem die Werte der Proportionalverstärkung Kv in Bereich „b" liegen, wobei obwohl logG(f) über ein breites Frequenzband verbreitet ist, dessen Spitze nicht so hoch ist. 8(c) zeigt einen Zustand einer Frequenzreaktion von logG(f), in dem die Werte der Proportionalverstärkung Kv in Bereich „c" liegen, wobei logG(f) eine sehr hohe Spitze bei einem bestimmten Frequenzband aufweist Es versteht sich, dass das Servo-Steuersystem in diesem Frequenzband oszilliert Zusätzlich zeigt die Frequenzreaktion des Drehmoment-Befehls Tr eine ähnliche Tendenz wie die Frequenzreaktion der oben beschriebenen Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr;.

Wie oben beschrieben, bewirken die Steuerparameter, wie die Proportionalverstärkung Kv, dass die folgende Leistungsfähigkeit des Servo-Steuersystems sich verschlechtert, wenn ihre Werte klein werden, und sie rufen Oszillationen in dem Servo-Steuersystem hervor, wenn ihre Werte groß sind. Deshalb wird empfohlen, dass die Steuerparameter, wie die Proportionalverstärkung Kv, auf optimale Werte eingestellt werden.

Als ein Verfahren für das optimale Erreichen der Steuerparameter, wie die Proportionalverstärkung Kv etc., ist durch die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2861394 ein Verfahren offen gelegt, in dem eine Schwankungsamplitude und eine Schwankungsfrequenz der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; in einer festgesetzten Zeitdauer berechnet werden, und die Steuerparameter werden eingestellt, indem beurteilt wird, ob der Amplitudenwert und der Frequenzwert festgesetzte Werte übersteigen, bei denen Oszillationen aufgetreten sind. Mit dem durch die oben beschriebene Patentveröffentlichung offen gelegten Verfahren können die Steuerparameter jedoch nicht eingestellt werden, sofern nicht tatsächliche Oszillationen auftreten. Wo dieses Verfahren verwendet wird, treten deswegen tatsächliche Oszillationen auf bevor das Einstellen der Steuerparameter beginnt, wodurch solche Probleme verursacht werden, durch die die Maschine 6, die mit dem Servomotor 4 verbunden ist, infolge der Einflüsse der Oszillationen beschädigt werden kann, oder es kann eine große Störung erzeugt werden.

Andererseits wurde experimentell verdeutlicht, dass Schwankungen der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; und des Drehmoment Befehls Tr sich als Reaktion auf die Schwankungen bei der Proportionalverstärkung Kv verändern. Die Schwankungen der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; und des Drehmoment-Befehls Tr bedeuten Ungleichheiten der Frequenzkomponenten bei den Oszillationen der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; und des Drehmoment-Befehls Tr. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Proportionalverstärkung Kv und dem Schwankungsmaß der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; zeigt Wo der Wert der Proportionalverstärkung Kv in Bereich „a" liegt, ist das Schwankungsmaß der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; klein. Und wo der Wert der Proportionalverstärkung Kv in Bereich „b" liegt, erhöht sich das Schwankungsmaß der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; stufenweise in Übereinstimmung mit einer Erhöhung des Wertes der Proportionalverstärkung Kv. Obwohl die Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; beständig oszilliert, weben in Bereich „c", das heißt im Oszillationsbereich, die Frequenzkomponenten der Oszillationen fast konstant gehalten, wodurch das Schwankungsmaß klein gehalten wird. Eine solche Tendenz wird auch in Bezug auf das Schwankungsmaß des Drehmoment Befehls Tr bewirkt.

Während der Einstellung der Steuerparameter in dem Servo-Steuersystem werden, wie oben beschrieben, die Schwankungsamplitude und die Schwankungsfrequenz der Geschwindigkeits-Rückkopplung in einer festgesetzten Zeitdauer konventionell berechnet, wobei, wenn die Amplitude und die Frequenz festgesetzte Werte übersteigen, beurteilt wird, ob das Servo-Steuersystem oszilliert, und die Steuerparameter werden eingestellt Mit diesem Verfahren können die Steuerparameter jedoch nicht eingestellt werden, sofern nicht tatsächliche Oszillationen beginnen. Wo das Verfahren verwendet wird, treten dementsprechend tatsächliche Oszillationen auf bevor das Einstellen der Steuerparameter beginnt, wodurch hier solche Probleme auftreten, durch die eine Maschine, die mit dem Servomotor verbunden ist, infolge der Einflüsse der Oszillationen beschädigt wird, und es wird eine große Störung erzeugt.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems bereitzustellen, das Steuerparameter einstellen kann, ohne zu bewirken, dass das Servo-Steuersystem oszilliert.

Die obigen und andere Ziele der Erfindung werden erreicht durch ein Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems und für die Einstellung von Steuerparametern nach Anspruch 1 und Anspruch 5. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen geltend gemacht.

Das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Erfindung kann die Werte von Steuerparametern erfassen, die festgelegt werden, wenn das Servo-Steuersystem den kritischen Oszillationszustand erreicht, indem das Schwankungsmaß erfasst wird, das heißt, eine Ungleichheit in einer Frequenzkomponente der Oszillationen einer Variablen, die maximiert ist, wenn das Servo-Steuersystem sich in einem kritischen Oszillationszustand befindet, wobei die Steuerparameter eingestellt werden können, ohne dass bewirkt wird, dass das Servo-Steuersystem oszilliert.

Wie oben beschrieben kann das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Erfindung Steuerparameter erfassen, während das Servo-Steuersystem sich in einem kritischen Oszillationszustand befindet, indem das Schwankungsmaß erzielt wird, das heißt, eine Ungleichheit in der Frequenz der Oszillationen eines Drehmoment-Befehls oder einer Geschwindigkeits-Rückkopplung, die in dem Bereich des kritischen Oszillationszustandes des Servo-Steuersystems maximiert sind, wobei die Steuerparameter eingestellt werden können, ohne dass bewirkt wird, dass das Servo-Steuersystem oszilliert.

1 sind perspektivische Ansichten, die einen Aufbau eines Servo-Steuersystems in einem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes des Servo-Steuersystems nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigen;

2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform der Erfindung zeigt;

3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Bewegungen, während des Erreichens eines Schwankungsmaßes in dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes des Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform der Erfindung zeigt;

4 ist eine graphische Darstellung, die einen invertierten Zustand von Vorzeichen einer Differenz zwischen dem gegenwärtigen Drehmoment-Befehl und dem vorherigen Drehmoment-Befehl in Bezug auf Schwankungen in dem Drehmoment Befehl, nach dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform der Erfindung zeigt;

5 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau eines Servo-Steuersystems zeigt, das eine Geschwindigkeitsregelung durchführt;

6 sind Ersatz-Blockdiagramme des Servo-Steuersystems von 5;

7 ist eine graphische Darstellung, die die Übergangsreaktion einer Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; mit Bezug auf einen schrittweisen Geschwindigkeits-Befehl &ohgr;r zeigt;

8 sind Darstellungen, die eine Frequenzreaktion logG(f) der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; zeigen; und

9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Proportionalverstärkung Kv und dem Schwankungsmaß der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; zeigt.

Als Nächstes wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen eine ausführliche Beschreibung eines Verfahrens für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach einer Ausführungsform der Erfindung gegeben. In allen Zeichnungen sind Komponenten, denen die gleichen Bezugszeichen gegeben wurden, einander gleich.

Das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verfahren, in dem der Fokus auf der Beziehung zwischen den Steuerparametern, wie einer Proportionalverstärkung Kv, einer reziproken Integrationszeitkonstanten, und einer Differentiationszeit Kd, die in 9 gezeigt werden, und einer Schwankung liegt, das heißt, auf einer Ungleichheit der Frequenzkomponenten bei der Oszillation eines Drehmoment-Befehls Tr und einer Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr;. In dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform werden die Werte der Steuerparameter schrittweise erhöht, und gleichzeitig wird das Schwankungsmaß des Drehmoment-Befehls Tr und der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; in den Werten der Steuerparameter gemessen, wobei, wenn das Schwankungsmaß ein festgesetztes Maß übersteigt, beurteilt wird, ob das Servo-Steuersystem in einem kritischen Oszillationszustand erreicht, und die Steuerparameter werden eingestellt durch Rückführen der Werte der Steuerparameter, die festgelegt werden sollen, um einen festgesetzten Schritt in Richtung der Originalwerte.

Wie 1(a) und (b) gezeigt, ist in dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der vorliegenden Erfindung ein PC 13 oder ein Programmierhandgerät 14 mit einem Servo-Steuergerät 11 verbunden.

Der PC 13 oder das Programmierhandgerät 14 wird verwendet, während Steuerparameter in das Servo-Steuergerät 11 eingegeben werden, und er oder es zeigt die Ergebnisse der Einstellung etc. der Steuerparameter an. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird hiernach der PC 13 oder das Programmierhandgerät 14 nur „Eingabe/Ausgabe-Einheit" genannt. Außerdem ist das Servo-Steuergerät 11 mit einem Geschwindigkeitsregler 2 und einem Drehmomentverstärker 3 ausgestattet, die in 5 gezeigt werden. Die Steuerparameter des Geschwindigkeitsreglers 2 werden während der Eingabe eines Geschwindigkeits-Befehls &ohgr;r von einer Vorrichtung einer oberen Ebene 12 eingestellt.

In dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform werden verschiedene Werte der Steuerparameter im Voraus erstellt. Diese werden P[0], P[1], P[2]... genannt. Diese Steuerparameter werden so angeordnet, dass es für das Servo-Steuersystem schwierig wird, zu oszillieren. Zum Beispiel sind die Steuerparameter P[0]<P[1]<P[2]...

2 ist ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Hierin bezeichnet das Bezugszeichen p einen Indexwert eines Steuerparameters, der laufend festgelegt wird, und Bezugszeichen q bezeichnet einen Wert, der eine natürliche Zahl ist, die größer ist als 1 und im Voraus festgelegt wird. In dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der vorliegenden Ausführungsform, wo beurteilt wird, ob ein kritischer Oszillationszustand auftritt während P[p] festgelegt wird, tritt P[p – q], das heißt q ein, bevor P[p] in dem Servo-Steuergerät 11 als ein Steuerparameter festgelegt wird.

Zunächst wird 1 in p festgelegt (Schritt S802). Als nächstes wird der Steuerparameter P[0] von der Eingabe/Ausgabe-Einheit in das Servo-Steuergerät 11 eingegeben (Schritt S803). Als nächstes wird ein Steuerparameter P[p] von der Eingabe/Ausgabe-Einheit in das Servo-Steuergerät 19 eingegeben (Schritt S804), und ein Steuerparameter P[p] wird in dem Servo-Steuergerät 11 festgelegt (Da p = 1 festgelegt ist, wird zunächst P[1] festgelegt)(Schritt S805). Und p wird erhöht (Schritt S806). Und es wird beurteilt, ob sich das Servo-Steuersystem in einem kritischen Oszillationszustand befindet oder nicht (Schritt S807). Wenn beurteilt wurde, dass das Servo-Steuersystem sich nicht in einem kritischen Oszillationszustand befindet, wird beurteilt, ob eine Bewegung des Servo-Steuersystems bei dem festgelegten Steuerparameter eine erforderliche Steuerleistung erreicht oder nicht, wobei, wenn die Steuerleistung nicht ausreicht, der Arbeitsablauf zu Schritt S804 zurückkehrt, und wenn sie ausreicht, ist der Arbeitsablauf beendet.

Zusätzlich wird in Schritt S807, wo das Servo-Steuersystem sich in einem kritischen Oszillationszustand befindet, beurteilt, ob p größer als q ist oder nicht (Schritt S808). Wenn p größer ist als q, wird P[p – q] in dem Servo-Steuergerät 11 als der optimale Steuerparameter festgelegt (Schritt S809), und wenn p kleiner ist als q, wird schließlich P[0] als ein optimaler Steuerparameter in dem Servo-Steuergerät 11 festgelegt (Schritt S810). Und es wird in der Eingabe/Ausgabe-Einheit angezeigt, dass der kritische Oszillationszustand erreicht wurde und der Steuerparameter sich geändert hat (Schritt S811), und es wird ferner angezeigt, ob eine Neueinstellung durchgeführt wird oder nicht (Schritt S812). Wenn die Neueinstellung durchgeführt wird, kehrt der Arbeitsablauf zu Schritt S802 zurück, und die Neueinstellung nicht durchgeführt wird, ist der Arbeitsablauf beendet.

In Schritt S807 wird die Beurteilung über den kritischen Zustand durch Erzielen des Schwankungsmaßes des Drehmoment-Befehls Tr durchgeführt. In dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Erfindung wird zunächst einmal ein Drehmoment-Befehl-Wert Tr[i] für jeden Abtastzyklus Ts abgetastet, die Anzahl N[m] der Vorzeichen-Invertierungs-Zeiten wird berechnet, welche die Anzahl der Zeiten ist, für die das Vorzeichen einer Differenz, die durch Subtraktion des Drehmoment-Befehl-Wertes Tr[i – 1] von dem Drehmoment-Befehl Wert Tr[i] erhalten wurde, während einer festgelegten Anzahl I0 von Abtastzeiten invertiert ist Und die Berechnung der Anzahl N[m] der Vorzeichen-Invertierungs-Zeiten wird durch eine festgelegte Anzahl von Zeiten M0 durchgeführt, und der Standardabweichungswert &sgr; der Vielzahl N[m] der erhaltenen Vorzeichen-Invertierungs-Zeiten wird berechnet, wobei der Standardabweichungswert &sgr; bei dem Steuerparameter das Schwankungsmaß &sgr; bildet, wobei angenommen wird, dass folgendes festgelegt ist 0 ≤ i < I0 und 0 ≤ m < M0.

3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Bewegungen während des Erreichens des Schwankungsmaßes &sgr; in dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Erfindung zeigt In dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform, werden zunächst i und m initialisiert (Schritt S101). Und m wird erhöht und Nm wird initialisiert (Schritt S102). Eine Abtastzeit i wird erhöht (Schritt S103). Als Nm wird initialisiert (Schritt S102). Eine Abtastzeit i wird erhöht (Schritt S103). Als nächstes wird zu dieser Zeit der Drehmoment-Befehl-Wert Tr[i] erhalten (Schritt S104). Und auf der Grundlage des vorherigen Drehmoment-Befehl-Wertes Tr[i – 1] und des gegenwärtigen Drehmoment-Befehl-Wertes Tr[i] wird eine Berechnung mit Bezug auf die folgende Gleichung durchgeführt (Schritt S105). Xi = Vorzeichen (Tr[i] – Tr[i – 1])(1)

Vorzeichen () ist eine Funktion, die 1 umkehrt, wenn das Vorzeichen einer Zahl in der Klammer () positiv ist und –1 umkehrt, wenn deren Vorzeichen negativ ist. Als nächstes wird auf der Grundlage des Produkts, das aus dem gegenwärtig berechneten X[1] und dem zuvor berechneten X[i – 1] erhalten wurde, beurteilt, ob das Zeichen von X[i] umgekehrt wird oder nicht (Schritt S106). Wenn in Schritt S106 das Zeichen von X[i] umgekehrt wird, ist die Anzahl N[m] der Vorzeichen-Invertierungs-Zeiten erhöht (Schritt S107). Wenn in Schritt S106 das Vorzeichen von X[i] nicht umgekehrt wird, wird die Erhöhung der Anzahl N[m] der Vorzeichen-Invertierungs-Zeiten nicht durchgeführt.

Als nächstes wird beurteilt, ob i größer ist als ein festgesetzter Wert I0 oder nicht (Schritt S108). Wenn i kleiner ist als der festgesetzter Wert I0, kehrt der Arbeitsablauf zu Schritt S102 zurück. Wenn in Schritt S108 i größer ist als der festgesetzter Wert I0, wird beurteilt, ob m größer ist als ein festgesetzter Wert M0 oder nicht (Schritt S109). Wenn m größer ist als ein festgesetzter Wert M0 wird das Schwankungsmaß &sgr; durch die folgende Gleichung 1 erzielt.

wobei <N> der Mittelwert (0 ≤ m < M0) von N[m] ist.

Zum Beispiel gibt es, wie in 4 gezeigt, eine Veränderung bei dem Drehmoment-Befehl Tr, wobei M0 = 3 ist und, in Bezug auf eine Differenz bei dem Drehmoment-Befehl bei m = 0 bis 2, ergibt die Anzahl N[m] der Vorzeichen-Invertierungs-Zeiten N[m] 5, 4 und 9, und der Mittelwert <N> von N[m] ergibt (5 + 4 + 9)/3 = 6. Dann kann das Schwankungsmaß &sgr; wie nachstehend gezeigt erzielt werden. &sgr; = [{(5 – 6)2 + (4 – 6)2 + (9 – 6)2}/3]½ = 2,16

Außerdem ist eine festgesetzte Zeit T0 in 4 ein Produkt, das durch Multiplikation der Anzahl der Abtastzeiten I0 mit dem Abtastzyklus TS erzielt wurde.

&sgr; in Gleichung 1 ist die Standardabweichung der Anzahl N[m](m = 0 bis M0-1) der Vorzeichen-Invertierungs-Zeiten. Die Standardabweichung steht in Verbindung mit der Häufigkeit des Drehmoment-Befehls Tr. Je größer die Häufigkeit des Drehmoment-Befehls Tr wird, umso größer wird der Wert von N[m], und je kleiner die Häufigkeit des Drehmoment-Befehls Tr wird, umso kleiner wird der Wert von N[m]. Deshalb wird die Standardabweichung von N[m] zu einem der Indizes, die die Ungleichmäßigkeit der Häufigkeit des Drehmoment-Befehls Tr darstellen.

Als nächstes wird das in Schritt S110 erhaltene Schwankungsmaß &sgr; mit dem festgesetzten Wert &sgr;0 verglichen (Schritt S111). Wenn das Schwankungsmaß &sgr; den festgesetzten Wert &sgr;0 übersteigt, wird beurteilt, dass das Servo-Steuersystem sich in einem kritischen Oszillationszustand befindet (Schritt S112), und wenn das Schwankungsmaß &sgr; kleiner ist als der festgesetzte Wert &sgr;0, wird beurteilt, dass das Servo-Steuersystem sich nicht in einem kritischen Oszillationszustand befindet (Schritt S113). Dann ist der Arbeitsablauf beendet.

Ferner wird in dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform der kritische Oszillationszustand erfasst durch das Erzielen des Schwankungsmaßes &sgr; des Drehmoment-Befehls Tr. Der kritische Oszillationszustand kann jedoch durch Ermitteln des Schwankungsmaßes der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; erfasst werden.

Durch das Erzielen des Schwankungsmaßes einer Oszillationshäufigkeit des Drehmoment-Befehls oder der Geschwindigkeits-Rückkopplung, das maximiert ist, wenn sich das mechanische System in einem kritischen Oszillationszustand befindet, ist es, wie oben beschrieben, in dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform möglich, die Steuerparameter einzustellen, ohne die Steuerparameter festzulegen, die sich in dem Oszillationsbereich des Servo-Steuersystems 11 befinden, und die Steuerparameter können eingestellt werden, ohne dass ein Oszillieren des Servo-Steuersystems verursacht wird.

In dem Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszitlationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform wird außerdem der Standardabweichungswert der Anzahl N[m] der Vorzeichen-Invertierungs-Zeiten einer Differenz zwischen dem gegenwärtigen Drehmoment-Befehl Tr[i] und dem vorherigen Drehmoment-Befehl Tr[i – 1] in dem Schwankungsmaß &sgr; gebildet. Das Verfahren ist ein Verfahren, das geeignet ist, in einem Servo-Steuersystem eingerichtet zu werden, da die Berechnung einfach ist. Es sind jedoch verschiedene Verfahren, wie z. B. ein Hochgeschwindigkeits-Fourier-Transformations-Verfahren (FFT) etc., zusätzlich zu dem Verfahren für das Erzielen eines Schwankungsmaßes &sgr; eines Drehmoment-Befehls Tr und einer Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr;, verfügbar. Das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform schreibt kein Verfahren für das Erzielen eines Schwankungsmaßes nach der Erfindung vor. Außerdem kann das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform nicht nur bei einem Servo-Steuersystem angewendet werden, für das die Geschwindigkeitsregelung durchgeführt wird, sondern auch bei einem Servo-Steuersystem, für das die Lageregelung durchgeführt wird.

Das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform arbeitet so, dass die Steuerparameter eingestellt werden bevor das Servo-Steuersystem den Betrieb aufnimmt. Es gibt jedoch Fälle in denen ein Servo-Steuersystem infolge allmählicher Veränderungen der mechanischen Gegebenheiten während seines Betriebs oszilliert. Das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der Ausführungsform kann sicher bei der Echtzeit-Einstellung von Steuerparametern angewendet werden, die durchgeführt wird, wenn sich die Steuergegebenheiten, wie z. B. die mechanischen Gegebenheiten, während des Betriebs eines Servo-Steuersystems verändern. Zum Beispiel wird, wie in dem Ablaufdiagramm von 3 gezeigt, das Servo-Steuergerät 11 selbst während des Arbeitsvorgangs eines Servo-Steuersystems in Betrieb gesetzt, so dass das Schwankungsmaß &sgr; eines Drehmoment-Befehls Tr erzielt wird, und, wenn das Schwankungsmaß &sgr; einen festgesetzten Wert &sgr;0 übersteigt, wird das Servo-Steuergerät 11 in Betrieb gesetzt, so dass sich der Wert des Steuerparameters zu einem Weit verändert, der sich um einen bestimmten Wert von dem gegenwärtig festgelegten Wert unterscheidet, wodurch beurteilt wird, dass das Servo-Steuersystem sich in einem kritischen Oszillationszustand befindet. In diesem Fall kann das Servo-Steuergerät 11, wie in dem Ablaufdiagramm von 3 gezeigt, das Schwankungsmaß &sgr; des Drehmoment-Befehls Tr erzielen, und es kann das Schwankungsmaß &sgr; der Geschwindigkeits-Rückkopplung &ohgr; erzielen, das einen Steuerwert des Servo-Steuersystems ist.

[Industrielle Anwendbarkeit]

Wo das Verfahren für das Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems nach der vorliegenden Erfindung angewendet wird, kann eine solche Wirkung zustande gebracht werden, durch die die Steuerparameter eingestellt werden können, ohne dass ein Oszillieren des Servo-Steuersystems bewirkt wird, da es möglich ist, die Steuerparameter zu erfassen, während das Servo-Steuersystem sich in einem kritischen Oszillationszustand befindet, indem das Schwankungsmaß erzielt wird, während die Häufigkeit des Drehmoment-Befehls oder der Geschwindigkeits-Rückkopplung schwankt, das in dem kritischen Oszillationsbereich des Servo-Steuersystems maximiert ist.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servo-Steuersystems und zum Regulieren von Steuerparametern einer Einrichtung zum Steuern eines zu steuernden Objektes, indem pro Abtastzyklus Eingabe einer Abweichung zwischen der Geschwindigkeitsrückkopplung von einem Servomotor (4) zum Antreiben des zu steuernden Objektes und einem Befehlswert, der von einer Vorrichtung (12) einer oberen Ebene eingegeben wird, und Ausgabe eines Drehmomentbefehls an einen Drehmomentverstärker (3) ausgeführt werden, der einen Strom an den Servomotor (4) ausgibt, wobei es die folgenden Schritte umfasst:

    Bestimmen eines Schwankungsmaßes (&sgr;) unter Verwendung einer Standardabweichung der Anzahl von Inversionen der Geschwindigkeits-Rückkopplung in einer Abtastperiode, wobei das Schwankungsmaß (&sgr;) Ungleichmäßigkeit in einer Frequenzkomponente von Schwankungen der Geschwindigkeitsrückkopplung während des Betriebs eines Servosteuersystems darstellt;

    Feststellen, dass das Servosteuersystem einen kritischen Oszillationszustand erreicht, wenn das Schwankungsmaß (&sgr;) einen bestimmten Wert übersteigt; und

    automatisches Regulieren der Steuerparameter durch Regulieren von Werten der Steuerparameter, die in der Steuereinrichtung festgelegt sind, auf Werte, die gegenüber den gegenwärtigen festgelegten Werten um bestimmte Werte in Richtung der Ausgangswerte verändert sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schwankungsmaß (&sgr;) ein Wert der Standardabweichung der Häufigkeit des Invertierens eines Vorzeichens einer Differenz der Geschwindigkeits-Rückkopplung zu einer bestimmten Zeit ist und durch eine bestimmte Anzahl ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Werte der Steuerparameter schrittweise geändert werden und das Schwankungsmaß (&sgr;), welches Ungleichmäßigkeit einer Frequenzkomponente von Schwankungen der Geschwindigkeits-Rückkopplung pro Wert der gemessenen Steuerparameter darstellt, gemessen wird und die Steuerparameter reguliert werden, indem die Werte der Steuerparameter, die in der Steuereinrichtung festgelegt sind, nur in bestimmten Schritten in Richtung der Ausgangswerte zurückgeführt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Schwankungsmaß (&sgr;) ein Wert der Standardabweichung der Häufigkeit des Invertierens eines Vorzeichens einer Differenz der Geschwindigkeits-Rückkopplung zu einer bestimmten Zeit ist und durch eine bestimmte Anzahl ermittelt wird.
  5. Verfahren zum Erfassen eines kritischen Oszillationszustandes eines Servosteuersystems und zum Regulieren von Steuerparametern einer Einrichtung zum Steuern eines zu steuernden Objektes, indem pro Abtastzyklus Eingabe einer Abweichung zwischen der Geschwindigkeitsrückkopplung von einem Servomotor (4) zum Antreiben des zu steuernden Objektes und einem Befehlswert, der von einer Vorrichtung (12) einer oberen Ebene eingegeben wird, und Ausgabe eines Drehmomentbefehls an einen Drehmomentverstärker (3) ausgeführt werden, der einen Strom an den Servomotor ausgibt, wobei es die folgenden Schritte umfasst:

    Bestimmen eines Schwankungsmaßes (&sgr;) unter Verwendung einer Standardabweichung der Anzahl von Inversionen des Drehmomentbefehls in einer Abtastperiode, wobei das Schwankungsmaß (&sgr;) Ungleichmäßigkeit in einer Frequenzkomponente von Schwankungen des Drehmomentbefehls während des Betriebes eines Servosteuersystems darstellt;

    Feststellen, dass das Servosteuersystem einen kritischen Oszillationszustand erreicht, wenn das Schwankungsmaß einen bestimmten Wert übersteigt, und

    automatisches Regulieren der Steuerparameter durch Regulieren von Werten der Steuerparameter, die in der Steuereinrichtung festgelegt sind, auf Werte, die gegenüber den gegenwärtigen festgelegten Werten um bestimmte Werte in Richtung der Ausgangswerte verändert sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Schwankungsmaß (&sgr;) ein Wert der Standardabweichung der Häufigkeit des Invertierens eines Vorzeichens einer Differenz des Drehmomentbefehls zu einer bestimmten Zeit ist und durch eine bestimmte Anzahl ermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei Werte der Steuerparameter schrittweise geändert werden und das Schwankungsmaß, welches Ungleichmäßigkeit einer Frequenzkomponente von Schwankungen des Drehmomentbefehls pro Wert der gemessenen Steuerparameter darstellt, gemessen wird und die Steuerparameter reguliert werden, indem die Werte der Steuerparameter, die in der Steuereinrichtung festgelegt sind, nur in bestimmten Schritten in Richtung der Ausgangswerte zurückgeführt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Schwankungsmaß (&sgr;) ein Wert der Standardabweichung der Häufigkeit des Invertierens eines Vorzeichens einer Differenz des Drehmomentbefehls zu einer bestimmten Zeit ist und durch eine bestimmte Anzahl ermittelt wird.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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