專利名稱：限制沖擊的速度控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電驅(qū)動裝置，尤其是機床或機器人的速度控制方法。
現(xiàn)代驅(qū)動裝置，如用于機床或機器人的驅(qū)動裝置以高動態(tài)性能為特點。通過工業(yè)控制在給定值側(cè)預(yù)給定的用于速度控制的值經(jīng)常包含加速度的躍變，由此對機器產(chǎn)生了加速度的沖出。如果在與這種機器相連接的驅(qū)動裝置上具有所謂的松動效應(yīng)，即在工作時間的過程中要調(diào)節(jié)譬如齒輪間的間隙，則該驅(qū)動裝置受到?jīng)_出的負(fù)荷。由于這種帶松動的滑動式驅(qū)動裝置的滯后形式的變化曲線會引起機器的顯著振動。但這種振動是不希望有的，因為例如在磨工件時會引起表面質(zhì)量變差，或在激光切割時會引起尺度變差。由于這種原因，人們正致力于這樣地設(shè)計這種現(xiàn)代驅(qū)動裝置的速度控制，即對作為加速度對時間求導(dǎo)的沖擊量作出盡可能的限制。
眾所周知，為了滿足這種要求，在用于機床控制的傳統(tǒng)速度控制方法中要么考慮了與速度無關(guān)的加速度限值，該限值與電驅(qū)動裝置的相應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)無關(guān)并能限制可能出現(xiàn)的軸加速，要么借助軌道上的滑行時間常數(shù)及驅(qū)動裝置中的附加滑行使速度值濾平(對此參見EP-0477412A1及US-A-4603286)。
但是這兩種在機床控制中所采用的標(biāo)準(zhǔn)速度控制方法具有這樣的缺點；一方面軸向滑行引起了與速度及加速度有關(guān)的拖行誤差并由此使輪廓精度變差。為了避免這種輪廓誤差，僅保留減小的軌道加速度限值，以便減小振動及沖擊負(fù)荷。但另一方面它引起機器的效率不能完全充分利用。
因此，本發(fā)明的目的在于，設(shè)計一種用于速度控制的方法，它可以避免對傳動裝置及機器的瞬間沖擊及可調(diào)整地減小對引起機器振動的激發(fā)，但這里可盡可能充分利用機器的效率。此外通過這種沖擊限制將不會形成松動效應(yīng)的可能性或?qū)σ汛嬖诘乃蓜有?yīng)在工作過程中不會再增大。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即通過下列特征來解決1.1這樣地控制軌道速度，在多個間隔中啟動預(yù)給定的加速度限值，間隔的數(shù)目以充分利用最大允許沖擊量為準(zhǔn)則，并由此與所產(chǎn)生的整個加速度變化無關(guān)地保持在一個恒定的高值上，1.2對于速度控制考慮通過時間預(yù)給定的額定速度輪廓線，其中在額定速度啟動階段是在最佳利用最大允許加速度及最大允許沖擊量的情況下，即以盡可能小的沖擊量變化盡可能快地運行在額定速度上，1.3使額定速度按照盡可能長地保持在速度上限上被運行，1.4在一個目標(biāo)起動階段中超前地啟動駛向確定目標(biāo)點上的局部速度限值，1.5通過降低還存在的加速度，使目標(biāo)起動階段被分成若干部分，在存在行程裕量的情況下運行到額定速度上，并最后在一個盡可能遲的時間點上以盡可能小的持續(xù)沖擊量變化制動到目標(biāo)速度。
本發(fā)明的一個特別有利的方案能特別可靠工作，它具有下列特征2.1通過隨時地超前確定所需的制動行程并將其與到達(dá)目標(biāo)點還要行駛的行程距離相比較來求解一個可能的行程裕量。
本發(fā)明的另一有利方案可以實現(xiàn)在大的速度范圍上使用并具有下列特征3.1在數(shù)據(jù)組參預(yù)(Satzuebergriffs)的過程中超前讀出的控制數(shù)據(jù)組的數(shù)目在所采用的一個數(shù)據(jù)緩沖器的容量范圍內(nèi)變化，3.2數(shù)據(jù)組參預(yù)隨著驅(qū)動速度的增長而增多。
本發(fā)明的又一特別有利的方案可提高靈活性并具有以下特征4.1在超前加速時考慮可能的進(jìn)刀超調(diào)量，同時超前計算由此確定的調(diào)節(jié)裕量。
本發(fā)明的另一有利方案可實現(xiàn)額定速度的精確起動并具有下列特征5.1除第一數(shù)據(jù)組外還以數(shù)據(jù)組參預(yù)(Satzuebegreifend)的方式讀出額定速度并超前地在盡可能早的時間點上啟動。
本發(fā)明的又一有利方案可提高本方法的使用能力并具有下列特征6.1在每個內(nèi)插時間節(jié)拍上預(yù)給定的目標(biāo)速度及目標(biāo)點可以改變。
本發(fā)明的另一有利方案可提高精確度并具有以下特征7.1在額定速度啟動階段，在內(nèi)插時間節(jié)拍上更換地進(jìn)行加速度上升階段、加速度恒定運行階段及加速度下降階段，額定速度的啟動是在一個節(jié)拍內(nèi)通過一個過渡節(jié)拍、節(jié)拍同步地進(jìn)行的。
本發(fā)明的又一有利方案結(jié)合了額定速度啟動階段及目標(biāo)啟動階段的優(yōu)點，并且具有下列特征8.1如果在目標(biāo)啟動階段中求得的制動行程對于使加速度減小階段、速度恒定運行階段及制動階段的分別運動來說是過短時，將一直使用額定速度啟動階段的實施方式，并在每個節(jié)拍中檢驗，直到又能轉(zhuǎn)變到目標(biāo)點的標(biāo)準(zhǔn)啟動為止。
用于實施根據(jù)本發(fā)明方法的一個有利的裝置包括下列特征9.1該裝置被分為有關(guān)于數(shù)據(jù)組工作的區(qū)域及有關(guān)于時間節(jié)拍工作的區(qū)域，前者用于分折控制數(shù)據(jù)，后者用于速度控制，9.2控制數(shù)據(jù)通過一個信號預(yù)處理單元被傳送到一個數(shù)據(jù)緩沖器中，9.3在信號預(yù)處理單元中，在一次非周期性的有關(guān)于數(shù)據(jù)組的預(yù)處理中由控制數(shù)據(jù)求出相關(guān)的速度參數(shù)并將它們存儲到數(shù)據(jù)緩沖器中，并同時他由控制器在數(shù)據(jù)組參預(yù)(Satzuebergriffes)的范圍中并行地讀出它們，9.4為了求得速度參數(shù)，將機器數(shù)據(jù)、如與速度無關(guān)的加速度特性曲線及總的機器速度限值以及機器加速度限值不但傳送到信號預(yù)處理單元而且也傳送到控制器，9.5將一個超調(diào)量調(diào)節(jié)器的信號傳送給控制器，以便在那里實現(xiàn)對控制過程的個別適配及匯入到速度控制的校正中。
利用本發(fā)明所實現(xiàn)的優(yōu)點尤其在于，通過沖擊的限制可以調(diào)節(jié)加速度變化曲線的“邊緣陡度”并可減小對傳動裝置及機器的瞬時沖擊。并可調(diào)整地減少對引起機器振動的激發(fā)。以此方式可這樣地處理本身已存在的松動效應(yīng)，即盡可能在機器上引起小的振動。其結(jié)果是，加工時的輪廓精度被改善，例如在磨工件時改善了表面質(zhì)量或在激光切割時得到精確的尺度。這本身又帶來優(yōu)點，即，使得可能已存在的松動效應(yīng)不會再增大，因而使齒輪間的間隙在工作時間的過程中盡可能小的增加。因為例如在曲面輪廓加工時，與速度無關(guān)的軌道加速度限值不會由于較大的加速度躍變而必須減小，以便避免輪廓受干擾的誤差，而是該軌道加速度限值可保持在一個恒定的高值上，便獲得這樣的優(yōu)點，即在任何時間上可完全充分地利用機器的效率。此外，利用本發(fā)明可以特別有效地及成本合算地實現(xiàn)以上所列舉的優(yōu)點。
本發(fā)明的實施例被表示在附圖中并在下面對它作出詳細(xì)描述，附圖中

圖1為在考慮限制沖擊的速度控制情況下向預(yù)定額定速度起動及接著向確定時間點上的確定目標(biāo)速度制動的速度曲線；圖2為在同樣考慮所述的沖擊限制的情況下用于向預(yù)定額定速度的控制及在確定的時間點上制動到目標(biāo)速度的控制的加速度曲線；
圖3為根據(jù)本發(fā)明用于限制沖擊的速度控制的一種裝置的電路框圖。
圖1中所描繪的是一個曲線圖，其中記錄了速度V在時間T內(nèi)的變化曲線。其中橫座標(biāo)上的每個小段表示一個插值時標(biāo)。在縱座標(biāo)上記錄了兩種速度值。一種是當(dāng)前預(yù)給定的額定速度Vsoll，它在點Z2或Z′2時被達(dá)到。第二種速度值是目標(biāo)速度Vziel，它在確定的時間點Z4上被制動地達(dá)到。在起動時圖1中的這兩個曲線表現(xiàn)為兩種不同的速度曲線，第一速度曲線是在沒有使用根據(jù)本發(fā)明的限制沖擊的速度控制下實現(xiàn)的，它是以虛線形式表示的非限制速度曲線NBG。它表示，速度在時間點Z1從零值開始線性地上升，直到時間點Z2達(dá)到預(yù)定額定速度Vsoll為止。在時間點Z2及Z3之間，該未限制的速度曲線表現(xiàn)為恒定值，即額定速度Vsoll，它按照盡可能維持速度上限值被引導(dǎo)。從時間點Z3開始它將被制動線性地下降到目標(biāo)速度Vziel，并緊接著從這個目標(biāo)速度Vziel繼續(xù)行駛。第二速度曲線RBG由實線表示，它給出了在使用根據(jù)本發(fā)明的限制沖擊的速度控制的情況下的速度曲線。
由于力圖達(dá)到限制沖擊，速度將不以最大斜率上升，而是同樣從Z1開始逐漸地上升，以便最后匯入到較大速度增長的階段。在至速度點Z′2達(dá)到額定速度Vsoll以前，速度增長重新減小。然而隨著達(dá)到額定速度在限制沖擊的速度曲線RBG上出現(xiàn)了較輕微的曲折。由于限制沖擊，在比NBG情況下較遲的時間點Z′2上才達(dá)到額定速度。接著RBG曲線盡可能長地延額定速度延伸，在到盡可能遲的時間點Z′3附近才開始駛向預(yù)定目標(biāo)速度。這時相應(yīng)于速度增長變化，RBG的速度曲線又呈速度下降的趨式。與非限制的速度曲線NBG的區(qū)別在于，在限制沖擊的速度曲線RBG上由于數(shù)據(jù)組的參預(yù)在時間點Z3以前超前地下降，也即在時間點Z′3上就進(jìn)入下降階段。一個時間點Z′1表示這樣的點，當(dāng)如在非限制的速度控制NBG時那樣地額定速度Vsoll要在時間點Z2上被達(dá)到時，從該時間點(Z′1)起就必須開始限制沖擊的速度控制RBG。
圖2中描繪的是一個曲線圖，其中記錄了用于圖1中速度曲線對時間T的加速度a。這里時間軸T上所有的時間點對應(yīng)于圖1中時間軸T上的所有時間點。相應(yīng)的內(nèi)插時間點Z1，Z2，Z3，Z4，Z′1，Z′2，Z′3及Z′4同樣在這里適用，但它們每個相應(yīng)于各有下劃線的同義標(biāo)號。根據(jù)圖1中的非限制速度曲線NBG，由所謂的速度輪廓線求得的加速度曲線、即非限制的加速度曲線NBB用虛線表示。在時間點Z1上加速度以躍變的形式直接地從加速度零值上升到最大加速度amax，并保持該值直到達(dá)到時間Z2。由于這時已達(dá)到預(yù)定的額定速度Vsoll，加速度直接地從加速度上限amax降回到值“零”。與速度上限處的恒定速度曲線即額定速度Vsoll相對應(yīng)地，在該范圍中的加速度值為“零”。對于使預(yù)定額定速度Vsoll在確定的時間點Z4上制動到目標(biāo)速度Vziel，該非限加速度曲線NBB表現(xiàn)為一個向負(fù)加速度-amax的躍變。當(dāng)達(dá)到速度Vziel時在時間點Z4上加速度降回到值“零”。
在圖2中，與圖1中限制沖擊的速度曲線RBG相對應(yīng)的限制沖擊加速度曲線RBB用實線的形式表示，它與非限制加速度曲線NBB相反地，在額定速度上升階段表現(xiàn)為一個梯形形狀。加速度在加速度上升階段充分地利用了最大允許沖擊量Rmax地上升并保持在該值上。在達(dá)到最大加速度amax以前在一個過渡時標(biāo)中使加速度的增長減緩，并最后在加速度恒定階段中恒定地保持在amax上。在達(dá)到預(yù)定額定速度Vsoll以前接著進(jìn)入加速度下降階段，這時加速度由最大值amax重新線性地在一過渡時標(biāo)后回降下來。
相應(yīng)的沖擊量曲線RV用點劃線表示，及在加速度上升階段表現(xiàn)為上升到最大沖擊量Rmax的躍變，最后在過渡時標(biāo)中下降并在加速度恒定階段為“零”值，接著這個曲線進(jìn)入負(fù)值區(qū)域，并形成對橫坐標(biāo)軸的軸對稱。
相應(yīng)于時間點Z′2及Z′3之間RBG恒定的Vsoll階段期間的限制沖擊的加速度曲線RBB的后一段曲線以加速度“零”值延伸，在進(jìn)入目標(biāo)值階段，最后RBB表現(xiàn)為一個多項式曲線，這時加速度總是以盡可能小的加速度變化持續(xù)地下降到-amax，這由沖擊量曲線RV很小的躍變清楚地表明了。由那里它又以盡可能小的加速度變化持續(xù)地上升，直到時間點Z4上達(dá)到值零。相應(yīng)的沖擊量曲線RV由于加速度的上升在正向區(qū)域中變化，并如前面在負(fù)值區(qū)域中那樣由于很小的加速度變化僅具有很小的躍變。
圖3中所描繪的是一個電路框圖，它表示根據(jù)本發(fā)明的限制沖擊的速度控制的一種可能的裝置。該裝置被分為有關(guān)于數(shù)據(jù)組工作的區(qū)域SB，它處于處理部分的開始，及一個有關(guān)于時間節(jié)拍工作的區(qū)域TB，其中在數(shù)據(jù)緩沖器P及控制器NCS之間定有界線。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)組參預(yù)的實施方式，將控制數(shù)據(jù)SD中間地存儲在一個緩沖存儲器P中，它可以接收給定數(shù)目的數(shù)據(jù)組的值。但這些數(shù)據(jù)組不是直接存儲到緩沖器P中的，而是在此這前在一個信號預(yù)處理器SVV中抽取速度參數(shù)。后者再接著被存儲到緩沖器P中，這具有需要比原始數(shù)據(jù)組少的存儲位置的優(yōu)點。在緩沖器P的輸出端這些值通過一個數(shù)據(jù)母線B被并行地傳送到NC控制器NCS中。
有關(guān)于對確定預(yù)處理的速度參數(shù)所需的機器數(shù)據(jù)，如amax及Vmax方面的信息被送到信號預(yù)處理單元SVV中。此外必須知道所使用的與速度無關(guān)的加速度特性曲線BK。所有這些數(shù)據(jù)均用單元BK來代表并同樣傳送到控制器NCS，在該控制器上它們是用于速度控制所必須的。此外，一個超調(diào)量調(diào)節(jié)器OVR的信號也傳送到NC控制器NCS。在后者上計算出的預(yù)定值VGX及VGY被分別傳送到一個位置調(diào)節(jié)器LRX及LRY。在這些位置調(diào)節(jié)器上將相應(yīng)的傳動信號，例如用于X和Y方向的滑動式傳動裝置的信號各通過一個用于X方向傳動的伺服放大器SVX傳送到X方向的傳動裝置AX及通過一個用于Y方向傳動的伺服放大器SVY傳送到Y(jié)方向的傳動裝置AY。
為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的限制沖擊的速度控制，將這樣的控制軌道速度，即考慮一個與速度無關(guān)的軌道加速度曲線BK。這里沖擊量被理解為加速度a對時間T的導(dǎo)數(shù)。除了加速度限值amax還考慮產(chǎn)生它的預(yù)給定值。一方面，考慮當(dāng)前預(yù)給定的額定速度Vsoll，它按照盡可能維持速度上限的意圖在充分利用最大允許加速度限值amax或沖擊限值Rmax的情況下被起動達(dá)到。此外，考慮一個目標(biāo)速度Vziel，它應(yīng)在一個精確確定的時間點上達(dá)到。該目標(biāo)速度Vziel在一個盡可能遲的時間點上被超前地制動到，使得目標(biāo)速度Vziel肯定在目標(biāo)點Z4上具有“零”加速度地被達(dá)到。為此根據(jù)本發(fā)明的速度控制在駛向目標(biāo)速度的開始時以數(shù)據(jù)組參預(yù)或以“超前”(“l(fā)ook ahead”)的方式工作，這意味著，不僅要考慮用于速度控制的一個數(shù)據(jù)組的當(dāng)前控制數(shù)據(jù)，而且為了速度控制要考慮在該時間點上一個或多個后繼數(shù)據(jù)組的控制數(shù)據(jù)。用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置被分成兩個區(qū)域，即一個有關(guān)于數(shù)據(jù)組工作的區(qū)域SB及一個有關(guān)于時間節(jié)拍工作的區(qū)域TB。有關(guān)于時間節(jié)拍的區(qū)域包括用于速度控制的基本單元，而有關(guān)于數(shù)據(jù)組的區(qū)域包括“超前”的措施。因為有關(guān)于數(shù)據(jù)組的區(qū)域SB具有比有關(guān)于時間節(jié)拍的區(qū)域SB較慢的運行周期，這是由于一個數(shù)據(jù)組被分解為多個節(jié)拍，因此在有關(guān)于數(shù)據(jù)組的區(qū)域中進(jìn)行預(yù)處理范圍的計算，而將時間上要求嚴(yán)格的速度控制放在與時間節(jié)拍相關(guān)的區(qū)域中。如前所述地，這兩個區(qū)域之間的界線也即在有關(guān)于數(shù)據(jù)組工作側(cè)的預(yù)處理單元SVV及有關(guān)于時間節(jié)拍工作側(cè)的控制單元NCS之間的界線設(shè)置在連接這兩個區(qū)域的數(shù)據(jù)緩沖器P側(cè)，對其在下文中詳細(xì)說明。這里視定義而定，數(shù)據(jù)緩沖器P可屬于一側(cè)或兩側(cè)。在圖3中它被歸在有關(guān)于數(shù)據(jù)組的一側(cè)。
在“超前”的范圍中將預(yù)先待讀出的數(shù)據(jù)組中的數(shù)據(jù)放在與時間節(jié)拍無關(guān)的有關(guān)于數(shù)據(jù)組的區(qū)段SB中預(yù)處理，這時盡可能在該位置上求得用于后一處理級所需的速度參數(shù)。但對此需要專門機器數(shù)據(jù)的了解。因此不僅將機器數(shù)據(jù)輸入到控制單元NCS，而且也輸入到信號預(yù)處理單元SVV。這些機器數(shù)據(jù)例如是總的機器軸速度限值Vmax及機器軸加速度限值amax或-amax。此外必須知道被采用的加速度特性曲線。在目前情況下，使用與速度無關(guān)的加速度特性曲線BK，根據(jù)本發(fā)明該曲線在每個時間點上與速度無關(guān)，它對于加工的輪廓恒定地在加速度限值amax的高度上延伸。但本方法也可和結(jié)合任一另外的加速度極限值曲線，尤其是速度有關(guān)的加速度極限值曲線一起使用。
在預(yù)處理中求得的值被存儲在一個數(shù)據(jù)緩沖器P中。實際的NC控制器NCS從該緩沖器可通過一個數(shù)據(jù)母線B并行地讀出當(dāng)前數(shù)據(jù)組的預(yù)處理速度參數(shù)及用于計算根據(jù)本發(fā)明的限制沖擊的速度控制、為了數(shù)據(jù)組參預(yù)而讀出的數(shù)據(jù)組。以此方式可以從隨時間預(yù)給定的速度輪廓線中超前地啟用局部的速度限值，該預(yù)給定的速度輪廓線是通過控制數(shù)據(jù)SD描述的。
為了通過操作控制器的人員使人工操作優(yōu)化并適配于技術(shù)實物如工件，將考慮進(jìn)刀的超調(diào)量，也就是與絕對進(jìn)刀量成正比的在如0和200％之間的區(qū)域中變化的可能性。因此這種超調(diào)量將會首先引起在制動到目標(biāo)速度Vziel時的操作改變的后果。為了能及時對此作出考慮，將超調(diào)量調(diào)節(jié)器OVR的信息直接傳送到控制器NCS。為了能考慮超調(diào)量，在系統(tǒng)中保持了一個調(diào)節(jié)裕量，這時將采用的最大可能加速度amax限定為小于所使用的驅(qū)動裝置的最大可能加速度。
在控制器中借助這些信息求得的預(yù)給定值VGX及VGY將在各維度上分開地各被傳送到一個位置調(diào)節(jié)器LRX及LRY，這里簡化地借助一個兩維系統(tǒng)來描述，但其中可使用任意的維數(shù)。這里下標(biāo)X及Y表示各維度。通過一個伺服放大器SVX及SVY最后使各控制量到達(dá)各個驅(qū)動器AX及AY。
為了隨時保證在一個盡可能遲的時間點上超前制動并以加速度“零”達(dá)到目標(biāo)點的目標(biāo)速度Vziel，將使以相應(yīng)電驅(qū)動器進(jìn)刀量的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)組干預(yù)的寬度或“超前量”變化。因此，在小的電驅(qū)動器進(jìn)刀量的情況下在緩沖器P內(nèi)中間地存儲少量數(shù)據(jù)組的速度參數(shù)，例如兩個數(shù)據(jù)組，就足夠能保證超前的制動過程。但隨著進(jìn)刀速度的增大就產(chǎn)生了這樣的必要性在使用的數(shù)據(jù)緩沖器P容量的范圍內(nèi)，需超前讀出的預(yù)處理控制數(shù)據(jù)組SD的數(shù)目將比稍小速度時處理的少量數(shù)據(jù)組SD的數(shù)目要增多。為了覆蓋盡可能寬的速度范圍，恰當(dāng)?shù)淖鞣ㄊ沁@樣地設(shè)置所采用的數(shù)據(jù)緩沖器P的容量，即對于預(yù)處理的速度參數(shù)能存儲足夠多的控制數(shù)據(jù)組SD。根據(jù)本發(fā)明的在存儲速度參數(shù)能力方面足夠的緩沖器容量為10至50個控制數(shù)據(jù)組之間。
為了啟動到預(yù)給定的額定速度值Vsoll，將在多個不同階段中控制加速度。在時間點Z1上額定速度啟動階段開始時位于加速度上升階段。這時在最佳地充分利用最大允許沖擊量Rmax的情況下升高加速度，因為要盡可能快地并與可能已存在的起始加速度無關(guān)地達(dá)到額定速度值Vsoll。因此所產(chǎn)生的限制沖擊的速度曲線RBG持續(xù)地以恒定增大的加速度升高，其中沖擊量曲線RV保持恒定。
在達(dá)到加速度限值amax以前，加速度的增長將減緩，并伴隨著一個負(fù)的沖擊量，使沖擊量下降得小于最小允許沖擊量Rmax。這就提供了向amax盡可能平穩(wěn)的過渡。在緊接著的加速度恒定階段中RBB恒定地控制在amax上及沖擊量恒定為“零”。限制沖擊的速度曲線RBG在階段中線性地以恒定的速度增量上升。與此類似地，接著開始加速度下降階段，其中限制沖擊的加速度曲線RBB上的加速度以一個小的負(fù)沖擊量由amax稍微向下回降，并緊接著以相當(dāng)大的但在允許范圍內(nèi)的負(fù)沖擊量線性地回降到“零”加速度。這三個所述的加速度控制階段具有共同性，即沖擊量總是在內(nèi)插時間節(jié)拍中變化。
隨著在時間點Z′2上達(dá)到額定速度(Vsoll)出現(xiàn)了一個問題，即Vsoll值應(yīng)與加速度“零”在時間節(jié)拍上同步地被達(dá)到。為此在額定速度啟動階段中連接了一個第四部分階段，在該部分階段中，在一個時間節(jié)拍內(nèi)的過渡節(jié)拍中使Vsoll節(jié)拍同步地被達(dá)到。由此原因在該節(jié)拍中沖擊量曲線RV產(chǎn)生一個跳變。由此形成的沖擊量曲線的不規(guī)則性與所達(dá)到的優(yōu)點相比仍是可取的。由此，所形成的限制沖擊的加速度RBB的曲線具有一個梯形形狀，在達(dá)到短基邊前其頸部總具有一個稍輕的曲折。
如果將這些限制沖擊的速度曲線RBG及加速度曲線RBB與在圖1及2中用虛線表示的非限制沖擊的曲線NBG及NBB相比較，可以清楚看到，當(dāng)加速度a在Z1急劇地上升到amax時，額定速度值就能在時間點Z2上被達(dá)到。由此雖然在整個加速度升高區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生出以相應(yīng)最大斜率線性上升的速度，但是加速度這種從“零”到amax的急劇上升引起了無限的沖擊。撇開這種沖擊變化在技術(shù)上是不可能而不考慮，卻可清楚看出，極大的沖擊負(fù)荷本身具有實際近似于無沖擊限值的變化。
根據(jù)本發(fā)明，所達(dá)到的額定速度值Vsoll將盡可能長地被作為速度上限運行，以便盡可能長地適應(yīng)于被加工工件的技術(shù)要求從而達(dá)到最佳進(jìn)刀量，該最佳進(jìn)刀量僅基于局部速度界限，例如由于象非正切區(qū)域的關(guān)鍵的輪廓線而需要偏離額定速度值。由于該原因?qū)⒖紤]在精確確定的目標(biāo)時間點上達(dá)到目標(biāo)速度，因此在數(shù)據(jù)組參預(yù)的系統(tǒng)中用在信號處理上求得的速度參數(shù)來超前啟動。由于譬如在數(shù)據(jù)組再存儲干擾情況下會有必要的改變，因此在每個內(nèi)插時間節(jié)拍即計算一個新的支點的每個時間點上，可改變預(yù)給定目標(biāo)速度及目標(biāo)點。目標(biāo)啟動階段本身分為三個階段。其中第一階段是加速度下降階段，它緊跟在達(dá)到額定速度Vsoll的時間點Z′2的后面。這時使可能還存在的具有恒定最大沖擊量的正向加速度下降到“零”。這種情況首先出現(xiàn)在當(dāng)達(dá)到額定速度前就必須導(dǎo)入目標(biāo)啟動階段時，在圖2中為了簡明起見未描繪該情況。而是在那里去掉了加速度下降階段，因為在啟動駛向目標(biāo)點前就已達(dá)到了額定速度值。
在加速度下降階段后接著一個速度恒定運行階段，它出現(xiàn)在圖1及2的時間點Z′2及Z′3之間。通常在該階段中以預(yù)給定的額定速度運行。僅當(dāng)額定速度未達(dá)到時以相應(yīng)的瞬時速度為根據(jù)。第三階段，實際為制動階段，因此總是從加速度“零”的參數(shù)出發(fā)且其本身又以加速度“零”告終。這時加速度從時間點Z′3出發(fā)以盡可能小的持續(xù)的按多項式曲線變化的沖擊量變化一直下降到-amax，并從那里重新上升到時間點Z4上的加速度“零”。因此這涉及一種從加速度“零”到加速度“零”的速度過渡。但在制動階段駛過的行程距離不是預(yù)給定的，因為這是在盡可能無沖擊的曲線變化的準(zhǔn)則下而非行駛盡可能短的路徑。因此在制動階段所需的路徑距離因制動過程而異，但能簡便地求得。
為了保證在達(dá)到目標(biāo)點時結(jié)束制動階段，將求出一個盡可能遲的時間點Z′3，在該時間點上必須進(jìn)入制動階段。為了確定制動過程盡可能遲的時間點，向目標(biāo)啟動階段的過渡總是這樣提前啟動，即剩余一個行程裕量，即如圖1及2中所示的Z2及Z′3之間的區(qū)段。通過隨時地超前確定所需的制動行程，并與達(dá)到目標(biāo)點Z4還要行駛的行程距離相比較來求出該行程裕量。如由比較得到正的差值，則它表示存在行程裕量。如果這樣求得的為了目標(biāo)啟動階段所提供的制動行程太短，即不能得到行程裕量，那就使加速度下降階段、速度恒定運行階段及制動階段不能單獨地運行。在此情況下一直使用額定速度啟動階段的實施方式，直到持續(xù)檢驗得出可以再過渡到向目標(biāo)點的標(biāo)準(zhǔn)啟動為止。
這種情況例如出現(xiàn)在當(dāng)在數(shù)據(jù)組參預(yù)的系統(tǒng)中改變數(shù)據(jù)組求解一個新的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)點時，該目標(biāo)點雖然不太受限制，但仍需立即地被啟動。通常在這種情況下，在開始制動階段前，不是首先在加速度下降階段中使仍存在的加速度下降，因為制動行程會延伸過寬。對此將直接地、如啟動到額定速度那樣，啟動到目標(biāo)速度，并在每個節(jié)拍時間中檢驗是否會轉(zhuǎn)變到標(biāo)準(zhǔn)方式上。
在另一有利的實施形式中不僅是目標(biāo)速度Vziel，而且額定速度Vsoll均用數(shù)據(jù)組參預(yù)并由此在盡可能早的時間點上超前地啟動。因為這樣一種實施方式邏輯上僅用第二數(shù)據(jù)組便可實現(xiàn)，第一數(shù)據(jù)組根據(jù)如上述的傳統(tǒng)方法被啟動。
權(quán)利要求
1.一種用于電驅(qū)動裝置，尤其是機床或機器人的速度控制方法，其特征在于1.1控制軌道速度(V)，使得在多個間隔中啟動預(yù)給定的加速度限值(BK)，間隔的數(shù)目以充分利用最大允許沖擊量(Rmax)為準(zhǔn)則，并由此與所產(chǎn)生的整個加速度變化無關(guān)地保持在一個恒定的高值(amax)上，1.2對于速度控制考慮通過時間(T，T)預(yù)給定的額定速度輪廓線(Vsoll)，其中在額定速度啟動階段是在最佳利用最大允許加速度(amax)及最大允許沖擊量(Rmax)的情況下，即以盡可能小的沖擊量變化盡可能快地運行在額定速度(Vsoll)上，1.3使額定速度(Vsoll)按照盡可能長地保持在速度上限上被運行，1.4在一個目標(biāo)啟動階段中超前地啟動駛向確定目標(biāo)點(Z4，Z4)上的局部速度限值(Vziel)，1.5通過降低還存在的加速度，使目標(biāo)階段被分成若干部分，在存在行程裕量的情況下運行到額定速度(Vziel)上，并最后在一個盡可能遲的時間點(Z′3，Z′3)上以盡可能小的持續(xù)沖擊量變化制動到目標(biāo)速度(Vziel)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于2.1通過隨時地超前確定所需的制動行程并將其與到達(dá)目標(biāo)點Z4，Z4)還要行駛的行程距離相比較來求解一個可能的行程裕量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于3.1在數(shù)據(jù)組參預(yù)的過程中超前讀出的控制數(shù)據(jù)組(SD)的數(shù)目在所使用的一個數(shù)據(jù)緩沖器(P)的容量范圍內(nèi)變化，3.2數(shù)據(jù)組參預(yù)隨著驅(qū)動速度的增長而增多。
4.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于4.1在超前加速時考慮可能的進(jìn)刀超調(diào)量(OVR)，同時超前計算由此確定的調(diào)節(jié)裕量。
5.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于5.1除第一數(shù)據(jù)組外還以數(shù)據(jù)組參預(yù)的方式讀出額定速度(Vsoll)并超前地在盡可能早的時間點上啟動。
6.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，尤其是用于時間節(jié)拍控制的速度控制，其特征在于6.1在每個內(nèi)插時間節(jié)拍上預(yù)給的目標(biāo)速度(Vziel)及目標(biāo)點(Z4，Z4)可以改變。
7.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，尤其是用于時間節(jié)拍控制的速度控制，其特征在于7.1在額定速度啟動階段，在內(nèi)插時間節(jié)拍上更換地進(jìn)行加速度上升階段、加速度恒定運行階段及加速度下降階段，額定速度(Vsoll)的啟動是在一個節(jié)拍內(nèi)通過一個過渡節(jié)拍、節(jié)拍同步地進(jìn)行的。
8.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，尤其是用于時間節(jié)拍控制的速度控制，其特征在于8.1如果在目標(biāo)啟動階段中求得的制動行程對于使加速度減小階段、速度恒定運行階段及制動階段的分別運動來說是過短時，將一直使用額定速度啟動階段的實施方式，并在每個節(jié)拍中檢驗，直到又能轉(zhuǎn)變到目標(biāo)點的標(biāo)準(zhǔn)啟動為止。
9.一種用于實施根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法的裝置，其特征在于9.1該裝置被分為有關(guān)于數(shù)據(jù)組工作的區(qū)域(SB)及有關(guān)于時間節(jié)拍工作的區(qū)域(TB)，前者用于分折控制數(shù)據(jù)，后者用于速度控制，9.2控制數(shù)據(jù)(SD)通過一個信號預(yù)處理單元(SVV)被傳送到一個數(shù)據(jù)緩沖器(P)中，9.3在信號預(yù)處理單元(SVV)中，在一次非周期性的有關(guān)于數(shù)據(jù)組的預(yù)處理中由控制數(shù)據(jù)(SD)求出相關(guān)的速度參數(shù)并將它們存儲到數(shù)據(jù)緩沖器(P)中，并同時地由控制器(NCS)在數(shù)據(jù)組參預(yù)的范圍中并行地讀出它們，9.4為了求得速度參數(shù)，將機器數(shù)據(jù)、如與速度無關(guān)的加速度特性曲線(BK)及總的機器速度限值(Vmax)以及機器加速度限值(amax)不但傳送到信號預(yù)處理單元(SVV)而且也傳送到控制器(NCS)，9.5將一個超調(diào)量調(diào)節(jié)器(OVR)的信號傳送給控制器(NCS)，以便在那里實現(xiàn)對控制過程的個別適配及匯入到速度控制的校正中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電驅(qū)動裝置、尤其是機床控制的速度控制方法，其中限制了加速度對傳動裝置及機器的沖擊量。為此控制數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)組參預(yù)方式讀出及將預(yù)定額定速度(V
文檔編號G05B19/416GK1157660SQ95195012
公開日1997年8月20日 申請日期1995年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月21日
發(fā)明者沃爾夫?qū)に古逅? 威謙·韋斯特邁耶 申請人:西門子公司