DE1513288C - Anordnung zur Regelung der Drehzahlen von mindestens zwei Stell antriebsmotoren einer Mehrkoordinaten Steuerung - Google Patents

Description

35

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Regelung der Drehzahlen von mindestens zwei Stellantriebsmotoren einer Mehrkoordinatensteuerung mit je einem Drehzahlregler für jeden Stellantriebsmotor, dessen Sollwert vom Ausgang eines Sättigungsverhalten aufweisende Bauelemente enthaltenden Lageregelkreises vorgegeben'ist.

Eine derartige Anordnung ist bekannt (AEG-Mitteilungen, 54 [1964], 11/12, S. 672 bis 677). In der Antriebstechnik besteht die Aufgabe, die Drehzahlen zweier Motoren in einem bestimmten Verhältnis zu halten. Dies ist z. B. der Fall bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, bei denen das Werkzeug bei stillstehendem Werkstück oder das Werkstück bei fest angeordnetem Werkzeug in mindestens zwei Koordinaten gleichzeitig verfahren wird, um z.B. eine Kontur zu erzeugen, die einen bestimmten Winkel zu einer Grundlinie aufweist. Die Lageregelabweichungen derartiger Maschinen bilden im allgemeinen die Sollwerte von unterlagerten Drehzahlregelkreisen. Wären die Drehzahlen der Antriebsmotoren den Lageregelabweichungen bis zu den maximal vorkommenden Werten proportional, so ließe sich jedes Drehzahlverhältnis und damit jede gewünschte Stei-' gung allein durch die programmierten Lagesollwerte vorgeben. Die Lage- oder Drehzahlregelkreise enthalten jedoch Bauelemente, z. B. Digital-Analog-Umsetzer (D-A-Umsetzer) und Verstärker, die Sättigungsverhalten haben. Von bestimmten Regelabweichungen an fahren daher im Sättigungsieil der Bauelemente beide Motoren mit den jeweils höchsten Drehzahlen, so daß sich bei Drehzahlgleichheit unabhängig von den Vorgegebenen unterschiedlichen Lagesollwerten eine Kontur ergibt, die unter einem Winkel von 45° ansteigt. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird allgemein ein Interpolator verwendet, der die Verfahrstrecke in Abschnitte unterteilt und diese nacheinander den Lageregelkreisen als Lageregelabweichung zuführt (deutsche Auslegeschrift 1158621).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art derart auszugestalten, daß den Lageregelkreisen große Lageabweichungen vorgegeben werden können und die Stellantriebe trotzdem im vorgegebenen Geschwindigkeitsverhältnis betrieben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang jedes Lageregiers einem Komparatorverstärker als Istwert und ein zur Lageabweichung des anzufahrenden Punktes proportionaler Geschwindigkeitswert, der derart bemessen ist, daß er bei seinem Maximalwert kein Bauelement in den,, Sättigungsbereich führt,-als Sollwert zugeführt sind· und daß der Ausgang des Komparatorverstärkers, der nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn sein Istwert den Sollwert übersteigt, in zur Lageregelabweichung entgegengesetztem Sinn auf den Eingang des? Lagereglers gegeben ist. _r ^;

Die Anordnung hat den Vorteil, daß die Antriebs-' motoren mit einer bestimmten vorgegebenen Geschwindigkeit laufen, auch wenn die Lageabweichungen sehr groß sind. ^

Interpolatoren können eingespart werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung zur Lageregelung einer in zwei Koordinaten gleichzeitig gesteuerten Werkzeugmaschine, /'

F i g. 2 ein Diagramm, aus welchem-die Abhängigkeit der Drehzahlen der Antriebsmotoren von den Regelabweichungen in den einzelnen Koordinaten zu ersehen ist, __·■'..

F i g. 3 ein Diagramm, welches die Vorgänge beim Anfahren eines Punktes zeigt. - " ""' -

In F i g. 1 ist schematisch ein Digitalteil 3 und ein Analogteil 4 einer numerischen Steuerung für eine Werkzeugmaschine dargestellt.

Über ein Einleseschieberegister E des Digitalteiles 3 gelangen entsprechenden Koordinaten zugeordnete Lagesollwerte X, Y von einem nicht dargestellten Programmträger, z. B. einem Lochstreifen, in Sollwertspeicher XS und YS. Sollgeschwindigkeiten darstellende Daten VX und VY sind Speichern VXS und VYS zugeführt; deren Ausgänge an Geschwindigkeits-D-A-Umsetzer DAVX, DAVY zugeführt sind. Im Digitalteil 3 sind ferner Lage-Istwert-Speicher IXS, IYS vorhanden, die die Werte von Lage-Istwert-Gebern WKX, WKY aufnehmen. Die programmierten Lagesollwerte X, Y und die Lage-Istwerte IX, IY steuern ein digitales Rechenwerk .RW an, in welchem die Lageregelabweichungen XW, YW gebildet werden, die über Speicher AXS, AYS an D-A-Umsetzer DAX, DAY geführt sind. Die Lage-Istwert-Geber WKX, WKY sind mit Stellmotoren MX, MY gekuppelt. Vor Bildung der Lageregelabweichungen wird zunächst ein um die Nullpunktverschiebung korrigierter Lagesoüwert gebildet. Hierzu werden in dem Rechenwerk R W den programmierten Lagesollwer-

ten X und Y der einzelnen Koordinaten, die über Kanal 1 in das Rechenwerk gelangen, gespeicherte Korrekturwerte NPX und NPY vorzeichenrichtig' zuaddiert, die über Kanal 2 in das Rechenwerk gelangen. Das Ergebnis RX, RY gelangt in Zwischenspeieher RXS und RYS. Anschließend werden in dem Rechenwerk R W die Lageregelabweichungen für die einzelnen Koordinaten dadurch gebildet, daß von den korrigierten Sollwerten RX, RY die Istwerte IX und IY abgezogen werden. Die Differenzen xw, yw gelangen in die Speicher AXS und A YS.

Während die Rechnung NPX ± X, NPY ± Y für jeden neuen Sollwert nur einmal ausgeführt wird, läuft die Rechnung RX-IX und RY-IY so oft ab, bis die Regelabweichung zu Null geworden ist. Wie nicht weiter dargestellt ist, sorgt für die Steuerung der einzelnen Rechenoperationen und der Transferoperationen ein zentrales Leitwerk, dem ein Taktgeber übergeordnet ist, der die Synchronisation zwischen Digitalregler und Sollwertgeber bewirkt.

Im Analogteil 4 ist jeder Koordinate X und Y ein getrennter Kreis zugeordnet. Die über die Speicher AXS,AYS und nachgeschaltete D-A_:Umsetzer DAX, DAY ausgegebenen Lageregel abweichungen xw, yw sind die Sollwerte für Drehzahlregelkreise MX, TX, SA* 3 bzw. MY, TY, SY 3 und somit über die linearen Kennlinien der D-A-Umsetzer DAX, DAY den Drehzahlen der Stellmotoren MX, MY proportional (P-Verhalten). Die Drehzahlregelkreise enthalten mit den Stellmotoren MX, MY gekuppelte Drehzahl-Istwertgeber TX, TY, deren Ausgangssignale an die Summierpunkte SX 3, SY 3 geführt sind. Die Bildung der Regelabweichungen für diese Drehzahlregelkreise erfolgt an den Summierpunkten SX 3 und SY 3. Mit Umschaltern UX und UY werden die Vorzeichen der Regelabweichungen berücksichtigt, da die Digital-Analog-Umsetzer DAX, DAY nur quantitativ auswerten. '

In F i g, 2 ist die Abhängigkeit der Drehzahlen nx, ny der Antriebsmotoren MX, MY von den Lageregelabweichungen xw, y w in den einzelnen Koordinaten X und Y unter Voraussetzung jeweils gleicher Kennlinien der Umsetzer nebst nachgesEhalteten Elemen-. ten dargestellt. Bei Überschreitung einer maximalen Abweichung wmax ändern sich die Drehzahlen nicht mehr. Diesen, maximalen Geschwindigkeiten sind große stationäre Lageregel abweichungen zugeordnet, die um so größer sind, je kleiner die Verstärkung im Lageregelkreis ist. Änderungen der Lageregelabweichungen werden daher nur mit entsprechend mäßigen Änderungen der Verfahrgeschwindigkeiten der Motoren beantwortet. Im Bereich kleiner Lageregelabweichungen wird ein Punktwert nur noch im Schleichgang angefahren. Eine schnellere Verringerung der Regelabweichung während des Bahnfahrens wird über eine bahngeschwindigkeitsabhängige Korrektur der Lageregelabweichung erzielt. Hierzu wird, wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ein Bruchteil der Geschwindigkeitssollwerte VX, VY, die getrennt nach Koordinaten vom Sollwertgeber über Speicher FA'S, VYS und über D-A-Umsetzer DAVX, DAVY geliefert werden, im Analogteil 4 an Summierpunkten SXl und SYl als Korrekturwerte zu den Lageregelabweichungen xw, yw hinzuaddiert. (AEG-Mitteilungen, 54 [1964], S. 676, linke Spalte, Absatz 1.) Einer bestimmten Drehzahl η 1 ist nun nicht mehr die wirkliche Lageregeiabweichung w I zugeordnet, sondern eine Regelabweichung w 2, die für den Drehzahlregelkreis nicht mehr identisch mit der wirklichen Abweichung des Lageregelkreises ist. Beim Aufschalten von xwv, ywv wird demzufolge dem Drehzahlregelkreis eine größere Lageregelabweichung vorgetäuscht. Der Motor MA' bzw. MY läuft sofort kurzzeitig etwas schneller, um diese vermeintlich größer gewordene Abweichung aufzuholen. Die wirkliche Lageabweichung hat sich somit um xwv, ywv verkleinert. In Fig. 2 ist gestrichelt eine parallel zur nicht unterbrochen dargestellten, ersten Kennlinie verlaufende zweite Kennlinie eingezeichnet, die in Richtung der Abszisse gegen die erste Kennlinie um den Wert xwv bzw. ywv verschoben ist. Die zweite Kennlinie deutet an, daß für eine bestimmte Lageabweichung, xw 2 oder yw2, eine um xwv bzw. ywv verminderte wirkliche Lageabweichung xwl bzw. ywi gehört.

Bei großen Lageabweichungen bzw. großen vorgetäuschten Lageabweichungen ist zur- Vermeidung einer Übersteuerung des Lagereglers erfindungsgemäß je Koordinate ein Komparatorverstärker KX, KY vorgesehen. Hierbei werden die Geschwindigkeit^ Sollwerte VX, VY als Sollwerte den Komparatorvetstärkern KX, KY zugeführt, denen als Istwerte an.. SummierpunktenSA'2, SYl die Ausgänge der Lage-,' regler SX, SY entgegen geschaltet sind. Die Differen-, zen beaufschlagen jeweils die Komparatorverstärkerf KX, KY, in deren Ausgängen Dioden DX, DY der-' artig liegen, daß sie nur dann ein Signal abgeben,' wenn die Istwerte größer werden als die Sollwerte. Die Ausgangssignale der Komparatorverstäpker KX, KY sind den Eingängen der Lageregler an den Summierpunkten SX4, SY4 entgegen geschaltet. Dadurch werden die Ausgangssignale der Lageregler auf die vorgegebenen Werte VX. VY erniedrigt.

Aus der F i g. 2 geht hervor, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht mehr bei der maximalen Abweichung W max die bei Sättigung auftretende Geschwindigkeit_/6zw. Drehzahl, sondern bei der Abweichung W'ma'x eine entsprechende dem vorgegebenen Geschwindigkeitssollwert verminderte Geschwindigkeit bzw. Drehzahl auftritt.

In F i g. 3 sind drei Linienzüge dargestellt, auf denen in einer xy-Ebene ein Punkt P 2 von einem Punkt? 1 aus angefahren werden kann. Der Sprung von Pl nach P2 sei Asx>xwma\ und /i sy >yw max. Verhalten sich infolge der zusätzlichen Regelung die Istdrehzahlen wie die vorgegebenen F-Werte, also nx:ny= VX: VY, so wird der Punkt P2 ohne Fehlabweichung erreicht. Wenn die Punkte P'x und P'y erreicht werden, die um die Beträge der Lageabweichungen xw'rnax und yw'max vom Punkt 2 (F i g. 3) entfernt sind, dann werden die Komparatorverstärker unwirksam, und die Motoren MX und MY laufen entsprechend'der in Fig. 2 gezeigten Kennlinie in den Punkt P 2 ein. Treten toleranzbedingte Fehler auf, d. h. nx : ny ^ VX: VY, so wird bei dem einen oder anderen Stellmotor der Übergang in die Lageregelung bereits früher bei den Punkten P' erfolgen. Dies geschieht nicht in beiden Koordinaten gleichzeitig. Da die Bahngeschwindigkeiten im linearen Bereich der Kennlinien den K-Sollwerten direkt zugeordnet sind, können sie mittels des oben beschriebenen Aufschaltens von xwv, ywv verändert werden.

Bei Anwendung der Erfindung in numerischen Steuerungen, bei denen nach Anfahren eines Lagesollwertes die Antriebe stillgesetzt werden, bis ein neuer Lagesollweri vorgegeben ist, müssen die Antriebe geführt hochlaufen, da sie sonst mit maximaler

Beschleunigung hochlaufen und bei einer Bewegung in zwei Koordinaten den positionierten Maschinenteil unter einem Winkel von 45° verfahren wurden, ehe die zusätzlichen Regelkreise die Drehzahlen auf ihren vorgegebenen Werten halten. Zur Führung der Mo- 5: toren während des Hochlaufens sind Integrationsglieder JGX und JGY (F i g. 1) vorgesehen. Die von den D-A-Umsetzern DAVX und DAVY abgegebenen elektrischen Signale (Sollwerte der Komparatorverstärker KX, KY) werden in Form von Spannungen außer den Vergleichsstellen SX 2, SY 2 diesen Integrationsgliedern zugeführt, die an den Vergleichsstellen einen zeitlinearen Anstieg der Sollwerte auf ihre vorgegebenen Werte bewirken. Hierdurch steigen auch die Abweichungen der Komparatorverstärker und damit die Sollwerte der unterlagerten Drehzahlregelkreise zeitlinear an. Die Anstiegswinkel des Sollwertes über der Zeit sind den Lageregelabweichungen proportional und die Sollwerte in den einzelnen Regelkreisen erreichen zu gleicher Zeit ihre vorgegebenen Werte, so daß die Motoren vom Stillstand an mit dem gewünschten Drehzahlverhältnis hochlaufen. . .

Die Integrationsglieder JGX, JGY bestehen vorteilhaft aus Transistoren in Kollektor-Basisschaltung, die von den Sollwerten der Komparatorverstärker KX, KY proportionalen Spannungen gespeist werden und in deren Kollektor-Emitterkreisen jeweils eine Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators liegt. Die zeitlinear ansteigende Kondensatorspannung steuert dabei, z. B. über weitere Transistoren, die Spannung an der zugehörigen Vergleichsstelle SX 2, SY 2. Dies bedeutet in regelungstechnischer Hinsicht, daß dieser Vergleichsstelle ein dem Sollwert entgegenwirkendes, zeitlinear bis auf Null abnehmendes Regelsignal zugeführt wird..

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

■■ '- «,.'.. ',-■ iVi-

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Regelung der Drehzahlen von mindestens zwei Stellantriebsmotoren einer Mehrkoordinatensteuerung mit je einem Drehzahlregler für jeden Stellantriebsmotor, dessen Sollwert vom Ausgang eines Sättigungsverhalten aufweisende Bauelemente enthaltenden Lageregelkreises vorgegeben ist, dadurch ge-io kennzeichnet, daß der Ausgang jedes Lagereglers (SX, SY) einem Komparatorverstärker (KX, KY) als Istwert und ein zur Lageabweichung des anzufahrenden Punktes proportionaler ■Geschwindigkeitswert, der derart bemessen ist, daß er bei seinem Maximalwert kein Bauelement in den Sättigungsbereich führt, als Sollwert zugeführt sind und daß der Ausgang des Komparatorverstärkers (KX, KY), der nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn sein Istwert den Sollwert übersteigt, in zur Lageregelabweichung entgegengesetztem Sinn auf den Eingang des Lagereglers gegeben ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert des Komparator- as Verstärkers (KX, KY) einem Integrationsglied (JGX, JGY) zugeführt ist, dessen Ausgangssignal, das zeitlinear von einem oberen Wert auf Null abnimmt, im zum Sollwert entgegengesetzten Sinn zusätzlich auf den Eingang des Komparatorverstärkers (JGX, JGY) gegeben ist.