專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字控制裝置，如通常被使用用于操控(ansteuern)機(jī)床的傳動(dòng)的數(shù)字控制裝置。這種數(shù)字控制裝置用在最不同的機(jī)器類(lèi)型上并且因此必須盡可能好地可與相應(yīng)的機(jī)器匹配。
背景技術(shù)：
數(shù)字控制裝置必須可以操控具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的機(jī)器。因此例如機(jī)床被擴(kuò)展為5軸加工，其中除了已經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間常見(jiàn)的三個(gè)線性軸以外還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸或角度軸，以便能夠盡可能在一個(gè)設(shè)定(Auf spannung )中從所有側(cè)加工工件。對(duì)于這種機(jī)床的每次傳動(dòng)，控制裝置必須準(zhǔn)備好傳動(dòng)調(diào)節(jié)器，該傳動(dòng)調(diào)節(jié)器的任務(wù)在于，使相應(yīng)的軸根據(jù)零件程序(Tei Ieprogramm)運(yùn)動(dòng)。為此從所謂的內(nèi)插器向傳動(dòng)調(diào)節(jié)器輸出位置額定值。用于軸的常見(jiàn)傳動(dòng)調(diào)節(jié)器的方塊圖在圖I中示出。位置實(shí)際值Xact與位置額定值xnom的偏差被給出到位置調(diào)節(jié)器上， 該位置調(diào)節(jié)器形成速度或轉(zhuǎn)速額定值wnom，其方式是將該偏差與放大因子Kv相乘。速度額定值wnom在速度調(diào)節(jié)器2中被處理。該速度調(diào)節(jié)器2的輸出作為電流額定值Iqnom被傳遞給電流調(diào)節(jié)器3，最后通過(guò)該電流調(diào)節(jié)器3操控該軸的電機(jī)4。電流實(shí)際值Iqact、速度實(shí)際值wact和位置實(shí)際值xact在此如常見(jiàn)的那樣被使用，以閉合級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)回路。為了能夠更快地對(duì)位置額定值的變化作出反應(yīng)，在避開(kāi)相應(yīng)調(diào)節(jié)器的情況下借助于預(yù)控制單元I對(duì)轉(zhuǎn)速(或者速度)和電流進(jìn)行預(yù)控制。為此，利用微分器D確定位置額定值xnom的第一或第二導(dǎo)數(shù),所述第一或第二導(dǎo)數(shù)作為vnom或anom被輸送給速度調(diào)節(jié)器2 或電流調(diào)節(jié)器3。濾波器v-FIt、I-FIt、U-FIt、FIR可以在傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中的最不同的位置處起作用， 利用這些濾波器可以阻尼不期望的共振。如這里所示的調(diào)節(jié)回路可通過(guò)大量的參數(shù)調(diào)整。因此，不同調(diào)節(jié)回路的P分量、I 分量和D分量的放大因子Kp、Ki、Kd作為機(jī)器參數(shù)存放在控制裝置中。相同的情況適用于濾波器的頻率響應(yīng)或時(shí)間常數(shù)Tt。機(jī)器參數(shù)MP也是對(duì)于這樣可調(diào)整的參數(shù)的示例，其中在位置額定值xnom的第二導(dǎo)數(shù)被接入到電流調(diào)節(jié)器3之前，所述位置額定值xnom的第二導(dǎo)數(shù)與所述機(jī)器參數(shù)MP相乘。所有這些調(diào)整由機(jī)床的制造商進(jìn)行，以便將數(shù)字控制裝置最優(yōu)地與機(jī)床相匹配。 零件程序應(yīng)當(dāng)盡可能快地生產(chǎn)具有干凈表面的盡可能尺寸精確的工件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，改進(jìn)數(shù)字控制裝置的參數(shù)確定以及尤其是數(shù)字控制裝置的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)確定，并且提供將數(shù)字控制裝置與機(jī)床相匹配的完全新的可能性。該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求I的特征的裝置解決。有利的實(shí)施方式由在權(quán)利要求I 的從屬權(quán)利要求中詳述的特征得出。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是，使盡可能多的在傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中使用的參量供使用，如機(jī)器參數(shù)和可變調(diào)節(jié)參量(額定參量、實(shí)際參量、如預(yù)控制電流的輔助參量等)，以便這些參量可以用作用戶定義的函數(shù)的參數(shù)和自變量。利用該函數(shù)于是可以計(jì)算出輸出值，這些輸出值可以用于最不同的目的。因此，所述輸出值可以通過(guò)加法、乘法方式或者還作為數(shù)學(xué)卷積在接入點(diǎn)處饋入到傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中。因此可能例如存在機(jī)器的幾何誤差，該幾何誤差由支座的與位置有關(guān)的撓曲(Durchbiegung)引起。如果將軸的當(dāng)前位置作為合適函數(shù)的自變量饋入以計(jì)算撓曲， 則可以將輸出值用于引起消除所述幾何誤差的均衡運(yùn)動(dòng)?？商娲?，還可以將所述輸出值作為參數(shù)或自變量輸送給另一用戶定義的函數(shù)。 通過(guò)用戶定義的函數(shù)的這種交聯(lián)，可以由一組簡(jiǎn)單的函數(shù)形成復(fù)雜的函數(shù)。此外，輸出值還可以用于例如與位置有關(guān)地改變本來(lái)固定的機(jī)器參數(shù)。如果例如工件在X-Y平面上運(yùn)動(dòng)，并且機(jī)器在該平面的確定的區(qū)域中傾向于振動(dòng)，則后者可以是有益的。于是，可以將一定的放大因子在所述區(qū)域中匹配為使得機(jī)床的機(jī)械共振不導(dǎo)致傳動(dòng)調(diào)節(jié)器的不穩(wěn)定。在其余區(qū)域中，這種匹配不是必要的，在那里可以由于其他參數(shù)而更快地和/或更準(zhǔn)確地進(jìn)行定位。因此，機(jī)器可以在每個(gè)工作點(diǎn)中最優(yōu)地工作，并且不必為最差的工作點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)確定。有利地可以從一組函數(shù)中選擇函數(shù)。這使得能夠通過(guò)編輯器通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)行用于參數(shù)確定的所需輸入，而無(wú)需更深的編程知識(shí)。有意義的是,為函數(shù)的輸出值確定極限值。這防止了應(yīng)用太大的輸出值,所述太大的輸出值過(guò)于強(qiáng)烈地影響傳動(dòng)調(diào)節(jié)器或者機(jī)器參數(shù)。因此可以例如為通過(guò)乘法方式接入的輸出值確定從O. 9至I. I的范圍。傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中要影響的參量于是最多改變10%。調(diào)節(jié)參量的選擇有利地通過(guò)到傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中的分接點(diǎn)上的指針進(jìn)行。因此除了選擇函數(shù)以外還可以在編輯器中通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)選擇參數(shù)和自變量。這也適用于應(yīng)當(dāng)被考慮的固定的機(jī)器參數(shù)，或者適用于例如用于輸出值的定標(biāo)的簡(jiǎn)單的常數(shù)。本發(fā)明的十分特別的優(yōu)點(diǎn)在于，所述函數(shù)也可以在多個(gè)傳動(dòng)調(diào)節(jié)器上起作用，并且因此例如誤差可以通過(guò)不同軸的機(jī)械耦合得到補(bǔ)償。也就是，用于函數(shù)的參數(shù)和自變量的分接點(diǎn)可以完全位于與輸出值的接入點(diǎn)不同的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中。因此，也就是例如軸可以與完全不同的軸的狀態(tài)有關(guān)地被影響，并且這以在計(jì)算輸出值時(shí)提供對(duì)具有任意輸入?yún)⒘康娜我夂瘮?shù)的考慮的所有可能性。因此，本發(fā)明十分顯著地?cái)U(kuò)展了用于對(duì)數(shù)字控制裝置進(jìn)行參數(shù)確定的可能性，并且尤其是在考慮所耦合的軸時(shí)提供了完全新的可能性。


本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)以及細(xì)節(jié)從根據(jù)附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的后續(xù)描述中得出。在此圖I示出具有分接點(diǎn)的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器，
圖2示出用于定義用戶定義的函數(shù)的框圖，
圖3示出用于影響機(jī)器參數(shù)的框圖。
具體實(shí)施方式
上面已經(jīng)解釋過(guò)的圖I示出用于機(jī)床的軸的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器。描繪了用于時(shí)變調(diào)節(jié)參量的大量分接點(diǎn)wnom、wact、Iqnom、Iqact、Unom、vnom、anom、I_int,其中所述時(shí)變調(diào)節(jié)參量例如在編輯器中可供選擇用于創(chuàng)建用戶定義的函數(shù)。這種可變調(diào)節(jié)參量的示例是相應(yīng)傳動(dòng)的位置額定值和實(shí)際值xnom、xact以及速度額定值和實(shí)際值wnom、wact或者電機(jī)中的電流額定值和實(shí)際值Iqnom、Iqact和電壓Unom。但是，如放大因子Kp、Ki、Kd的固定參量以及其他機(jī)器參數(shù)MP、Tt也可以是用于在用戶定義的函數(shù)中考慮的有意義的值。圖 2 不出根據(jù) UCCS 塊 7 (User Configurable Controller Structure,用戶可配置控制器結(jié)構(gòu))的用于定義用戶定義的函數(shù)的方塊圖。如所提到的那樣，有益的是，可以從函數(shù)庫(kù)5中選擇本來(lái)的函數(shù)。該庫(kù)5例如包含不同級(jí)數(shù)的多項(xiàng)式5a、三角函數(shù)5b或者還包含2階濾波器5c?？商娲兀部梢杂酶唠A的唯一的多項(xiàng)式工作，借助于該多項(xiàng)式可以趨近任意的函數(shù)。但是，為這樣的多項(xiàng)式選擇合適的參數(shù)和自變量是相當(dāng)耗費(fèi)的。用于定義特定于用戶的函數(shù)的第一步驟A因此有利地是從函數(shù)庫(kù)5中選擇合適的函數(shù)。屬于步驟A的還有，將函數(shù)的參數(shù)和自變量與所期望的可變調(diào)節(jié)參量或固定的機(jī)器參數(shù)6關(guān)聯(lián)。該函數(shù)的輸入值可以是來(lái)自該調(diào)節(jié)回路的任意的調(diào)節(jié)器參量和機(jī)器參數(shù)，或者是用于定標(biāo)的固定值，或者也是另一 UCCS塊的輸出值。因此,對(duì)于作為所選擇的函數(shù)的二次多項(xiàng)式Y(jié)=aO+al*X+a2*X2，動(dòng)態(tài)變量X是函數(shù)的自變量，該自變量可以與所觀察的傳動(dòng)的實(shí)際位置xact關(guān)聯(lián)。系數(shù)a0、al、a2是二次函數(shù)的參數(shù)。這些參數(shù)在此可以分配給固定的機(jī)器參數(shù)，或者也可以作為數(shù)值輸入。在另一步驟B中，如上面已經(jīng)解釋的那樣，在需要時(shí)確定輸出參量的極限，該極限不應(yīng)被超過(guò)。此外,在步驟C中存在調(diào)用另一函數(shù)的可能性,利用該另一函數(shù),當(dāng)前函數(shù)的函數(shù)值或輸出參量作為中間結(jié)果進(jìn)一步被處理。通過(guò)這種方式，可以從由函數(shù)庫(kù)中取得的簡(jiǎn)單函數(shù)中通過(guò)交聯(lián)簡(jiǎn)單函數(shù)來(lái)創(chuàng)建較復(fù)雜的函數(shù)。最后在步驟D中必須確定，應(yīng)當(dāng)將輸出參量(在二次多項(xiàng)式的示例中為函數(shù)值Y) 接入到什么地方。為此在傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中確定接入點(diǎn)。這種接入點(diǎn)的示例是位置額定值xnom、 速度額定值wnom以及電流額定值Iqnom。還必須確定接入類(lèi)型,如上面已經(jīng)提到的那樣。 所有這些步驟可以通過(guò)從預(yù)先給定的可能性的列表中進(jìn)行簡(jiǎn)單選擇來(lái)完成。由此可以特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶定義的功能的包含?？梢韵驒C(jī)床的制造商提供簡(jiǎn)單的、但是巨大的工件以對(duì)數(shù)字控制裝置確定參數(shù)。如果已經(jīng)作出了所有選擇，則存在完整的UCCS塊7。該UCCS塊的內(nèi)容可以存儲(chǔ)在文本文件中并且由該控制裝置相應(yīng)地考慮。輸出值為此以快速的調(diào)節(jié)器時(shí)鐘(高周期性 (hochzyklisch)調(diào)節(jié)器中斷)被計(jì)算。該UCCS塊7完整地定義特定于用戶的函數(shù)。表達(dá)“用戶定義的函數(shù)”在本發(fā)明的意義上應(yīng)被理解為，至少函數(shù)的自變量和參數(shù)由用戶或使用者(其通常是機(jī)床的制造商，該制造商將控制裝置與其機(jī)床相匹配)用來(lái)自傳動(dòng)調(diào)節(jié)器的有意義的值占用。有利地，該函數(shù)本身也由用戶適當(dāng)?shù)剡x擇。對(duì)于輸出值的極限和接入點(diǎn)的確定在該意義上也是用戶定義的。圖3表明用于使用特定于用戶的函數(shù)的輸出值的另一上面已經(jīng)提到的可能性。 因此可以十分簡(jiǎn)單地通過(guò)如下方式新計(jì)算機(jī)器參數(shù)MP，即作為兩個(gè)輸入?yún)⒘縫lnputl、 Plnput2的乘積生成該機(jī)器參數(shù)，其中例如一個(gè)是用戶定義的函數(shù)的輸出值。此外有益的是，另外還可以乘以用于定標(biāo)的常數(shù)K，并且可以為參數(shù)確定極限值UMIT。如果已經(jīng)作出了所有選擇，則存在完整的 UCCP 塊 8(User Configurable Controller Parameter,用戶可配置控制器參數(shù))，借助于該UCCP塊8可以設(shè)置機(jī)器參數(shù)。相比于UCCS塊7，UCCP塊8需要明顯更少的用戶輸入并且可以由數(shù)字控制裝置明顯更快地執(zhí)行，從而該UCCP塊8為用于形成輸出參量MP的兩個(gè)輸入?yún)⒘縫lnputl、plnput2的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)形成更加簡(jiǎn)單和更加快速的替代方案。
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行具有多個(gè)軸的機(jī)床的數(shù)字控制裝置，具有用于每個(gè)要操控的軸的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器，其中所述傳動(dòng)調(diào)節(jié)器能關(guān)于機(jī)器參數(shù)(Kp、Ki、Kd、MP、Tt)被確定參數(shù)并且因此能根據(jù)最不同的機(jī)床被匹配，其特征在于，在傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中的分接點(diǎn)處能選擇可變調(diào)節(jié)參量(wnom、 wact、Iqnom、Iqact、Unom、vnom、anom、I_int)和機(jī)器參數(shù)(Kp、Ki、Kd、MP、Tt),以便被考慮作為用戶定義的函數(shù)的自變量或參數(shù)來(lái)計(jì)算輸出值，其中所述輸出值用于與函數(shù)有關(guān)地影響傳動(dòng)調(diào)節(jié)器之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字控制裝置，其特征在于，能從在函數(shù)庫(kù)(5)中提供的多個(gè)函數(shù)(5a、5b、5c)中選擇用戶定義的函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字控制裝置，其特征在于，函數(shù)庫(kù)(5)的所選擇的第一函數(shù) (5a、5b、5c)的輸出值被用作函數(shù)庫(kù)(5)的所選擇的第二函數(shù)(5a、5b、5c)的自變量或參數(shù)， 從而形成用戶定義的函數(shù)，該用戶定義的函數(shù)是在函數(shù)庫(kù)(5)中可供使用的函數(shù)(5a、5b、 5c)的交聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字控制裝置，其特征在于，將輸出值以加法、乘法的方式或者通過(guò)數(shù)學(xué)卷積引回到傳動(dòng)調(diào)節(jié)器之一中的接入點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字控制裝置，其特征在于，借助于輸出值確定機(jī)器參數(shù) (Kp、Ki、Kd、MP、Tt)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字控制裝置，其特征在于，能為輸出值定義極限值 (LIMIT)0
7.根據(jù)權(quán)利要求I和權(quán)利要求4所述的數(shù)字控制裝置，其特征在于，用于用戶定義的函數(shù)的自變量或者參數(shù)的至少一個(gè)分接點(diǎn)位于與接入點(diǎn)不同的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字控制裝置，其特征在于，用于用戶定義的函數(shù)的分接點(diǎn)位于不同的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的數(shù)字控制裝置，其特征在于，用戶定義的函數(shù)考慮機(jī)床的不同軸的機(jī)械耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于運(yùn)行具有多個(gè)軸的機(jī)床的數(shù)字控制裝置，具有用于每個(gè)要操控的軸的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器，其中所述傳動(dòng)調(diào)節(jié)器能關(guān)于機(jī)器參數(shù)(Kp、Ki、Kd、MP、Tt)被確定參數(shù)并且因此能根據(jù)最不同的應(yīng)用被匹配，其特征在于，經(jīng)由傳動(dòng)調(diào)節(jié)器中的分接點(diǎn)能選擇可變調(diào)節(jié)參量(wnom、wact、Iqnom、Iqact、Unom、vnom、anom、I_int)和機(jī)器參數(shù)(Kp、Ki、Kd、MP、Tt)，以便被考慮作為用戶定義的函數(shù)的自變量或參數(shù)來(lái)計(jì)算輸出值，所述輸出值用于與函數(shù)有關(guān)地影響傳動(dòng)調(diào)節(jié)器之一。
文檔編號(hào)G05B19/18GK102608948SQ20121001706
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者F.科勒 申請(qǐng)人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司