DE2919730A1

DE2919730A1 - Shaper for interpolator signals in NC systems - uses shaping loop to provide ramped flanks on interpolator pulses

Info

Publication number: DE2919730A1
Application number: DE19792919730
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl Ing Keller; Siegfried Dipl Ing Schleicher; Bernd Uhlemann
Original assignee: NUMERIK KARL MARX VEB
Current assignee: NUMERIK KARL MARX VEB
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1980-03-13
Also published as: DD138448A1; SU1018108A1; DE2919730C2; BG38610A1; CS222971B1; DD138448B1

Abstract

The interpolation pulses generated within a numerically controlled machine tool system are shaped to prevent positioning overshoot occuring. A compensating loop operates on both the interpolator command and the error between command and position feedback, to generate a function for the amplification factor, k, k = ko - k1 (Vc = V2) where Vc and V2 are the voltages at the signal pickup points. The compensator output operates on the integrated interpolated pulse in a multiplier to produce a square wave signal with ramped flanks to avoid overshoot occuring.

Description

Schaltungsanordnung zur Glättung unstetig verlaufenderCircuit arrangement for smoothing discontinuous

Sollwertänderungen Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind numerische Steuerungen beliebiger Zweckbestimmung.Setpoint changes The field of application of the invention is numerical Controls for any purpose.

Aus der Zeitschrift "Werkstattstechnik" 1975 Heft 11 Seite 689/690 ist bekannt, daß bei Positioniervorgängen an numerisch gesteuerten Maschinen die Art der Vorgabe von Führungsgrößen einen bedeu-tenden Einfluß auf die rreichbare Positioniergenauigkeit hat. Dieser Zusammenhang gilt umso mehr, je hoher die Positioniergeschwindigkeit ist. Auf die sprungförmige Vorgabe eines neuen Geschwindigkeitssollwertes vermag das Antriebssystem zwar mit einer zunächst maximal möglichen Beschleunigung und bei Erreichen der neuen Sollposition mit einer maximal möglichen Bre msverzögerung zu reagieren, jedoch ist damit ein überschwingfreies Einfahren in die neue Sollposition nicht zu realisieren.From the magazine "Werkstattstechnik" 1975 issue 11 page 689/690 is known that when positioning on numerically controlled machines Type of specification of reference variables has a significant influence on the achievable Has positioning accuracy. This relationship applies all the more, the higher the positioning speed is. Able to respond to the sudden specification of a new speed setpoint the drive system with an initially maximum possible acceleration and when the new target position is reached with a maximum possible braking delay to react, however, an overshoot-free approach to the new target position is required not to be realized.

Damit der von der Führungsgröße beaufschlagte Lageregelkreis eine hohe Einfahrgenauigkeit bei kurzer Positionierzeit gewährleistet, werden die unstetigen Verläufe des Geschwindigkeitssollwertes eingeglättet. Damit wird der Beschleunigungsverlauf des Sollwert es an den vom Antrieb des Lageregelkreises realisierbaren Beschleunigungsverlauf angeglichen. Eine Schaltungsanordnung zur praktischen Realisierung der aufgezeigten Zusammenhänge ist jedoch nicht angegeben.So that the position control loop acted upon by the reference variable is a ensures high approach accuracy with short positioning times, the discontinuous Velocity setpoint curves smoothed in. This is the acceleration curve of the setpoint it to the acceleration curve that can be realized by the drive of the position control loop adjusted. A circuit arrangement for the practical implementation of the shown However, no correlations are given.

Aus DE-OS 24 20 285 ist eine Positioniervorrichtung bekannt, die einen rampenförmigen Verlauf der Geschwindigkeit bein Hochlaufen und Bremsen realisiert. Der rampenförmige Geschwindigkeitsverlauf glättet zwar bereits eine sprungförmige Sollwertänderung in gewissem Umfang, jedoch bleiben die am Beginn und am Ende der Rampe vorhandenen Unstetigkeitsstellen in nachteiliger Weise noch erhalten.From DE-OS 24 20 285 a positioning device is known, which one Ramp-shaped course of the speed implemented when accelerating and braking. The ramp-shaped speed curve already smooths a jump-shaped one Setpoint change to a certain extent, but those at the beginning and at the end of the Ramp existing discontinuities in a disadvantageous way still received.

Außerdem muß ein gesonderter Aufwand getrieben werden, damit die Positioniervorrichtung die Wegbilanz einzuhalten vermag.In addition, a separate effort must be made so that the positioning device able to maintain the path balance.

Weiterhin ist aus DE-AS 1 513 190 eine Vorrichtung zur stetigen Vorgabe eines sprunghaft veränderten Sollwertes für einen Regelkreis bekannt. Diese Vorrichtung enthält ein Potentiometer, an dessen beweglichem Abgriff bei Verschiebung ein rampenförmiger Verlauf des Sollwerts zustande kommt. Die Unstetigkeitsstellen am Beginn und am Ende der Rampe werden abgeflacht, wenn die Potentiometer wicklung als Funktionswicklung mit nichtlinearer funktioneller Zeitabhängigkeit ausgebildet ist.Furthermore, DE-AS 1 513 190 discloses a device for continuous presetting an abruptly changed setpoint for a control loop is known. This device contains a potentiometer, at whose movable tap a ramp-shaped one when moved Course of the setpoint comes about. The discontinuities at the beginning and on The end of the ramp will be flattened if the potentiometer is winding as a functional winding is designed with non-linear functional time dependence.

Diese bekannte Vorrichtung vermeidet Unstetigkeitsstellen 1. Sollwertverlauf zur bei voller Aussteuerung der Funktionswicklung, das heißt bei einem Sollwertsprung bestimmter Größe.This known device avoids points of discontinuity 1 for with full modulation of the functional winding, i.e. with a setpoint jump certain size.

Sollwertsprünge anderer Größe verlangen andere Versckliebungen des beweglichen Potentiometerabgriffs. Dabei kommt dann die von der Funktionswicklung verursachte Glattung der Unstetiglceitsstellen am Beginn bzw. am Ende der Rampe nicht zur Mitirklmg, Die Anwendungsbreite der Vorrichtung bleibt damit nur auf einen Sollwert sprung bestimrjter Größe beschränkt, Das ist für eine Anwendung nn numerischen Bahnsteuerungen völlig unzureichend. Außerdem ist ein zusätzlicher Aufwand erforderlich, um die genaue Wegbilanz sicherzustellen, die eine numerische Steuerung gewährleisten muß.Setpoint jumps of different magnitudes require other conciliations of the movable potentiometer tap. This then comes from the functional winding Caused smoothing of the discontinuous areas at the beginning or at the end of the ramp not for participation, the scope of the device is limited to only one Setpoint jump of a certain size limited, this is nn numerical for an application Path controls completely inadequate. In addition, an additional effort is required, to ensure the exact path balance that a numerical control ensures got to.

Aus der Zeitschrift "Werstattstechnik" 1977 Heft 7 Seite 379 ist bekannt, beim zeiteptimalen Positionieren den Einsatz des Bremsvorgangs sowie die Fuhrung der Bremsverzögerung getastet zu berechnen und dazu als Ausgangsgrößen die maximale Beschleunigung, die momentane Geschwindigkeit, den Restverfahrweg und den benötigten Bremsweg zu verwenden und in gegenseitige Beziehung zu setzen. Die erforderliche Rechenzeit läßt nur eine begrenzte Rechengenauigkeit zu, Sollen die Positionierfehler eine bestimmte Größe nicht überschreiten, muß zumindest am Ende des Positioniervorgangs eine geringe Geschwindigkeit beim Durchfahren des Restwegs, der durch den Rechenfehler bestimmt wird, in Kauf genommen werden, Der zeitoptmiale Ablauf des Bremsvorgangs ist dadurch gestört, Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, den Glättungseffekt einer Schaltungsanordnung zur Glättung unstetig verlaufender Sollwertänderungen zu verbessern sowie den Rechenaufwand insgesamt für die zeitoptimale Positionierung zu vermindern, Die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen längel haben ihre Ursache in der fehlenden Realisierung der Glättung einer unstetig verlaufenden Sollwert änderung variabler Größe.From the magazine "Werstattstechnik" 1977 issue 7 page 379 it is known the use of braking and guidance in the case of time-efficient positioning of the braking deceleration and to calculate the maximum as output variables Acceleration, the current speed, the remaining travel and the required To use braking distance and to relate it to one another. The required Computing time allows only a limited computational accuracy, should the positioning errors be Do not exceed a certain size, at least at the end of the positioning process a low speed when driving through the remaining distance caused by the calculation error is determined, must be accepted, The time-optimal course of the braking process is thereby disturbed. The aim of the invention is to achieve the smoothing effect a circuit arrangement for smoothing discontinuous changes in setpoint value to improve as well as the computational effort overall for the time-optimal positioning to diminish Those in the characteristics of the well-known technical The solutions described have their cause in the lack of implementation of the Smoothing of a discontinuous setpoint change of variable size.

Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Glättung unstetig verlaufender Sollwertänderungen, die in einer numerischen Steuerung vom Interpolator erzeugt und dem Lageregelkreis als Ftihrmigsgröße vorgegeben werden, unter Verviendung von Rauelementen, die den ibergang vorn biqherigen Sollwert zum neuen Sollwert in einer vorgegebenen funktionellen Zeltabhängigkeit gewährleisten, zu schaffen, bei der die Glättung Unstetigkeitsstellen in Sollwertverläufen vermeidet, unabhängig von der Größe der Sollwertänlerung ist und die keiner gesonderten Aufwendungen bedarf, ui die Verfahrwegbilanz sicherzustellen und Streuungen des Wegfehlers abzubauen.In order to eliminate this cause, the invention is based on the object a circuit arrangement for smoothing discontinuous setpoint changes, generated in a numerical control by the interpolator and the position control loop can be specified as the regular size, using rough elements that define the Transition from the previous setpoint to the new setpoint in a predetermined functional Ensure tent dependency to create the smoothing points of discontinuity in setpoint curves, regardless of the size of the setpoint change and which do not require any separate expenses to ui ensure the travel balance and reduce the spread of the path error.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ein Differenzbildner, der mit seinem Minuendeneingang an den Ausgang des Interpolators angeschlossen ist, ein dem Differenzbildner nachgeschaltetes Integrierglied, ein über seinen ersten Eingang mit dem Ausgang des Integrierglieds verbundener Produktbildner, eine Rückführung vom Ausgang des Produktbildners zum Subtrahendeneingang des Differenzbildners sowie ein Funktionsbildner vorgesehen sind, dessen erster und dessen zweiter Eingang getrennt jeweils mit einem der beiden Eingänge oder mit den Ausgang des Differenzbildners und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Produktbildners verbunden ist.According to the invention this is achieved in that a difference generator, which is connected with its minuend input to the output of the interpolator, an integrator connected downstream of the difference calculator, one above its first Input product generator connected to the output of the integrator, a feedback from the output of the product generator to the subtrahend input of the difference generator and a function generator are provided, the first and second inputs of which are separate each with one of the two inputs or with the output of the difference calculator and the output of which is connected to the second input of the product generator.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Bunktionsbildner für den Fall, daß er über seinen ersten Eingang mit dem Minuendeneingang und über seinen zweiten Eingang mit dem Ausgang des Differenzbildners verbunden ist, eingangsseitig zwei Betragsbildner, ein daran angeschlossenes Summierglied mit nachfolgendem Proportionalglied und ausgangsseitig ein Subtraktionsglied auf, das mit seinem Minuendeneingang an eine Konstantsignalquelle und mit seinem Subtrahendeneingang an den Ausgang des Proportionalglieds angeschlossen ist.In an advantageous embodiment, the function generator has for in the event that he has his first entrance with the Minuende entrance and his second input is connected to the output of the difference calculator, on the input side two amount formers, a connected summing element with a subsequent proportional element and on the output side a subtraction element that has its minuend input on a constant signal source and its subtrahend input to the output of the Proportional link is connected.

Die Schaltungsanordnung glättet schnelle Sollwertänderungen, wie sie an Unstetigkeitsstellen eines beliebigen Sollwertverlaufs auftreten. Langsame Sollwert änderungen werden hingegen keiner nennenswerten Glättung unterzogen, Die Erfindung wird an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Fig. 2 den Verlauf der Sollwerte und des Verstärkungsfaktors über der Zeit und in Beziehung zueinander.The circuitry smooths out rapid setpoint changes like them occur at points of discontinuity in any setpoint curve. Slow setpoint Changes, on the other hand, are not subjected to any significant smoothing. The invention is explained in more detail in the following exemplary embodiment. 1 show the Circuit arrangement according to the invention FIG. 2 shows the course of the setpoint values and the gain factor over time and in relation to one another.

An einen Interpolator 1 einer numerischen Steuerung ist der Minuendeneingang eines Differenzbildners 2 angeschlossen.The minuend input is on an interpolator 1 of a numerical control a difference generator 2 connected.

Ein Integrierglied 3 ist mit dem Ausgang des Differenzbildners 2, der erste Eingang eines Produktbildners 4 mit den Ausgang des Integriergliedes 3 und der Lageregelkreis 5 der numerischen Steuerung mit dem Ausgang des Produktbildners 4 verbunden, der außerdem zum Subtrahendeneingang des Differenzbildners 2 rtickgeführt ist.An integrator 3 is connected to the output of the difference generator 2, the first input of a product former 4 with the output of the integrator 3 and the position control circuit 5 of the numerical control with the output of the product generator 4 connected, which is also fed back to the subtrahend input of the subtracter 2 is.

Ein Funktionsbildner 6 enthält einen ersten Betragsbildner 7, einen zweiten Betragsbildner 8, ein Summierglied 9, ein Proportionsglied 10 und ein Subtraktionsgl..ed 11.A function generator 6 contains a first amount generator 7, a second absolute value generator 8, a summing element 9, a proportioning element 10 and a subtraction element 11.

Der erste Betragsbildner 7 ist eingangsseitig mit dem Minuendeneingang des Differenzbildners 2, der zweite Betragsbildner 8 eingangsseitig mit dem Ausgang des Differenzbildners 2 verbunden.The first amount generator 7 is on the input side with the minuend input of the difference generator 2, the second amount generator 8 on the input side with the output of the difference generator 2 connected.

Das Summierglied 9 ist mit dem einen Eingang dem ersten Betragsbildner 7 und mit dem anderen Eingang dem zweiten Betragsbildner 8 nachgeschaltet. Das Proportionalglied 10 ist eingangsseitig an den Ausgang des Summierglieds 9 angeschlossen und ausgangsseitig auf den Subtrahendeneingang des Subtraktionsgliedes 11 geführt.One input of the summing element 9 is the first absolute value generator 7 and downstream of the second amount generator 8 with the other input. The proportional term 10 is connected on the input side to the output of the summing element 9 and on the output side led to the subtrahend input of the subtraction element 11.

Der Minuendeneingang des Subtraktionsglieds 11 ist an eine Konstantsignalquelle 12 angeschlossen, Ausgangssei tig steht das Subtraktionsglied 12 mit dem zweiten Eingang des Produktbildners 4 sowie mit dem Lageregelkreis 5 in Verbindung.The minuend input of the subtracter 11 is connected to a constant signal source 12 connected, output side is the subtraction element 12 with the second Input of the product creator 4 as well as with the position control loop 5 in connection.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt: Der Interpolator 1 gibt einen am Anfang und am Ende einer Positionierung sprungförmig verlaufenden Geschwindigkeitssollwert VSoll 1 aus, dessen Verlauf in Figur 2a) dargestellt ist.The circuit arrangement works as follows: The interpolator 1 gives a jump at the beginning and at the end of a positioning Speed setpoint VSoll 1, the course of which is shown in FIG. 2a).

Der Differenzbildner 2 reduziert diesen Geschwindigkeitssollwert VSoll 1 um den am Ausgang des Produktbildners 4 anstehenden veränderten Geschwindigkeitssollwert VSoll 4' so daß am Ausgang des Differenzbildners 2 ein Verlauf v2 zustande kommt, wie ihn Figur 2b) zeigt.The difference generator 2 reduces this speed setpoint VSoll 1 by the changed speed setpoint pending at the output of the product generator 4 VSoll 4 'so that a curve v2 is produced at the output of the difference calculator 2, as Figure 2b) shows.

Dieser Wert v2 wird von Integrierglied 3 in eine Porm v3 umgewandelt, wie sie aus Figur 2c) ersichtlich ist, Im Produktbildner 4 wird der Wert V3 mit einem Verstärkungsfaktor k multipliziert, der selbst eine variable Größe ist, vom Funktionsbildner 6 erzeugt wird und einen Verlauf nimmt, den Figur 2d) darstellt. Vom Ausgang des Produktbildners 4 wird an den Lageregelkreis 5 der bereits genannte Geschwindigkeitssollwert VSoll 4 ausgegeben, Figur 2c) zeigt, daß dieser Geschwindigkeitssollwert VSoll 4 einen prinzipiell rampenförmigen Verlauf nimmt, wobei jedoch die Unstetigkeitsstellen der Rampe eingeglättet sind.This value v2 is converted by integrator 3 into a Porm v3, as can be seen from Figure 2c), In the product builder 4 the value V3 is multiplied by a gain factor k, which is itself a variable Size is generated by the function generator 6 and takes a course, the figure 2d) represents. From the output of the product generator 4 is to the position control loop 5 of the already mentioned speed setpoint VSoll 4 output, Figure 2c) shows that this speed setpoint VSoll 4 basically has a ramp-shaped profile takes, but the discontinuities of the ramp are smoothed.

Wird der Lageregelkreis 5 mit dem eingeglätteten Geschwindigkeitssollwert VSoll 4 beaufschlagt, dann verlauft der Positioniervorgang zeitoptimal und ohne Uberschwingen.If the position control loop 5 with the smoothed speed setpoint VSoll 4 applied, then the positioning process runs optimally in terms of time and without Overshoot.

Der Verstärkungsfaktor k ist abhängig von dem von der Konstantsignaiquelle 12 erzeugten Verstärkungsfaktor ko, vom Abschwächungsfaktor k1 des Proportionalglieds 10, von dem vom Betragsbildner 7 verarbeiteten Geschwindigkeitssollwert VSoll 1und von dem vom Betragsbildner 8 verarbeiteten Wert v2, Unter Berücksichtigung der seitens des Summierglieds 9 und des Subtraktionsglieds 11 erbrachten Verknüpfungsfunktionen ergibt sich k = k0 - k1 ' ( / VSoll 1 + / V2 2 Ein ähnlicher Glättungs effekt des Geschwindigkeitssollwertes VSoll 1 läßt sich auch mit einem Funktionsbildner 6 verwirklichen, der anders als vorstehend beschrieben aufgebaut ist und demzufolge einen Verstärkungsfaktor erzeugt, dem ein abweichendes Bildungsgesetz zugrunde liegt.The gain factor k depends on that of the constant signal source 12 generated gain factor ko, from the attenuation factor k1 of the proportional term 10, of the speed setpoint value VSoll 1 and processed by the amount generator 7 of the value v2 processed by the amount generator 8, taking into account the the summing element 9 and the subtracting element 11 provided logic functions the result is k = k0 - k1 '(/ VSoll 1 + / V2 2 A similar smoothing effect of the Speed setpoint VSoll 1 can also be achieved with a function generator 6, which is constructed differently than described above and consequently a gain factor generated, which is based on a different law of education.

Die direkte Ausgabe des Verstärkungsfaktors k vom Ausgang des Funktionsbildners 6 schafft die Möglichkeit, die Aus-, gangsgeschwindigkeit des Lageregelkreises 5 noch weiter einzuglätteil, sofern dieser wie gezeigt mit einer.1 speziellen Steuereingang iir diesen Verstärkungsfaktor k versehen ist. Das erweist sich besonders bei großen Sollwertsprüngen VSoll 1 als vorteilhaft, Wird der getrennte Anschluß beider Betragsbildner 7 und 8 nicht am Llinuendeneingang und am Ausgang des Differenzbildners 2 vorgenommen, sondern anstelle dieses Minuendeneingangs oder dieses Ausgangs der Subtrahendeneingang des Differenzbildners 2 verwendet, macht sich eine zusätzliche arithmetische Operation notwendig, damit die Beschaltung des Summierglieds 9 mit den erforderlichen Summanden sichergestellt bleibt, Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Interpolator 2 Differenzbildner 3 Integrierglied 4 Produktbildner 5 Lageregelkreis 6 Punktionsbildner 7) 8 ) Bet ragsbildner 9 Summierglied 10 Proportionalglied 11 Subtraktionsglied 12 Konstantsignalquelle LeerseiteThe direct output of the gain factor k from the output of the function generator 6 creates the possibility of adjusting the output speed of the position control loop 5 further Applicable part, provided it is marked with a 1 special control input iir this gain factor k is provided. That proves is particularly advantageous in the case of large setpoint step changes VSoll 1, the separate Both amount formers 7 and 8 are not connected to the line end input and output of the difference generator 2 made, but instead of this minuend input or this output the subtrahend input of the subtractor 2 uses, makes an additional arithmetic operation is necessary so that the wiring of the Summing element 9 remains ensured with the necessary summands, Lineup the reference numerals used 1 interpolator 2 difference generator 3 integrator 4 product generator 5 position control circuit 6 puncture generator 7) 8) amount generator 9 summing element 10 proportional element 11 subtractor element 12 constant signal source Blank page

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for smoothing unsteady running Setpoint changes generated in a numerical control by the interpolator and the position control loop can be specified as a reference variable using Components that enable the transition from the previous setpoint to the new setpoint in a ensure predetermined functional time dependency, characterized in that that a difference generator (2), with its minuend input to the output of the Interpolator (1) is connected, a downstream of the difference generator (2) Integrating element (3), one via its first input to the output of the integrating element (3) connected product former (4), a return from the output of the product former (4) to the subtrahend input of the difference generator (2) and a function generator (6) are provided, its first and its second input separately each with one of the two inputs or with the output of the difference generator (2) and its Exit with the second. Input of the product creator (4) is connected.

2. Circuit arrangement according to claim 1, wherein the function generator via its first entrance to the Minuenden entrance and via its second entrance is connected to the output of the difference generator, characterized in that the function generator (6) has two amount formers (7; 8) on the input side, one connected to it Summing element (9) with subsequent proportional element (10) and on the output side Has subtraction element (11) which has its minuend input to a constant signal source (12) and with its subtrahend input to the output of the proportional element (10) connected.