DE3887062T2

DE3887062T2 - Servosteuerung.

Info

Publication number: DE3887062T2
Application number: DE3887062T
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Kurosawa; Shin Murakami
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2008-10-08
Also published as: KR920010102B1; EP0311127A3; EP0311127B1; KR890007487A; JPH0199485A; US4914365A; DE3887062D1; EP0311127A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Servomotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 3.
Um ein Oberteil eines Industrieroboters, z. B. einen Arm davon, entlang eines vorbestimmten Weges mit einer gewünschten Geschwindigkeit durch einen Servomotor zu bewegen, war es üblich, den Servomotor auf der Grundlage von Zielwerten für eine Position oder einen Winkel, wohin der Arm gesetzt werden soll, und einer Bewegungsgeschwindigkeit des Arms zu steuern, die man durch eine Rechnung erhält. Bei einer herkömmlichen Steuervorrichtung zum Betreiben eines solchen Industrieroboters erhält man eine Positionsabweichung ΔP durch Integrieren der Differenz Δω = ω* - ωm zwischen einem Meßwert ωm der Umdrehungsgeschwindigkeit des Servomotors zum Antreiben eines mechanischen Systems, das aus dem Arm usw. besteht, und einer Ziel-Umdrehungsgeschwindigkeit ω* desselben und einen Referenzwert ω*p der Umdrehungsgeschwindigkeit des Servomotors, bei dem die Positionsabweichung ΔP null wird, erhält man in einer Positionssteuervorrichtung durch Multiplizieren eines Signals, das die Positionsabweichung ΔP angibt, mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor Ki. Dann wird ein Referenzwert für das Drehmoment des Servomotors T* durch eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung bestimmt, bei dem die Differenz zwischen dem Referenz-Geschwindigkeitswert ω*p und dem gemessenen Geschwindigkeitswert ωm des Servomotors null wird. Der Ankerstrom i des Servomotors wird durch einen Energieumwandler (Leistungswandler) auf der Grundlage des Referenzdrehmoments T* geregelt, um das mechanische System des Roboters anzutreiben. Die Verstärkungsfaktoren der jeweiligen Steuerelemente werden so geregelt, daß die dynamischen Eigenschaften des mechanischen Systems optimal werden.
Im Fall eines Roboters mit mehreren Gelenkteilen ist das Trägheitsmoment des Arms um sein Wurzelteil aufgrund der Tragekonstruktion mit einseitiger Einspannung groß und die natürliche Vibrationsfrequenz wird kleiner, so daß die Vibration des mechanischen Systems, welches den Arm usw. enthält, erleichtert wird. Um eine solche Vibration zu begrenzen, war es üblich, den Verstärkungsfaktor Ki der Positionssteuervorrichtung kleiner zu machen, so daß dadurch die Regelungsantwort verkleinert wurde, oder die Zeitabhängigkeit der Änderung der Zieleingabe ω* geringer zu machen.
Bei der vorangehenden Lösung wird nicht nur die Operationsdauer des mechanischen Systems länger, sondern es wächst auch die Positionsabweichung während einer Operation, was dazu führt, daß die Genauigkeit der kontinuierlichen Interpolation für den Bewegungsweg verringert wird.
O. Rubin, "The Design of Automatic Control Systems", Artech House Inc. 1986, beschreibt ein Rückkopplungssteuersystem, das durch einen "Führungsvorhersager" (lead predictor) mit einem Mitkopplungsweg für die Pol-Nullstellen-Beseitigung stabilisiert werden kann. Das System gemäß dieser Referenz hat jedoch den Nachteil, daß es immer noch leicht in einen instabilen Zustand gebracht werden kann, wenn es eine Welle oder dergleichen in einem Rückkopplungssignal gibt. Dies liegt daran, daß die Mitkopplungskomponente direkt auf das Rückkopplungssignal wirkt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung für einen Servomotor vorzusehen, durch welche die Vibration eines mechanischen Systems, das durch den Servomotor angetrieben werden soll, beschränkt ist, während die Verzögerung der Steuerantwort geringer ist, und welche unter stabilen Bedingungen arbeitet.
Das vorangehend genannte Ziel kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Vorsehen einer Steuervorrichtung für einen Servomotor mit den Merkmalen von Anspruch 1 beziehungsweise 3 erreicht werden.
Fig. 1 ist ein Blockschaltungsdiagramm, welches eine erste Ausführungsform einer Steuervorrichtung für einen Servomotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm für die Arbeitsweise eines Mitkopplungselements der Steuervorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 3 ist eine Kurve, welche die Sprungantwort des Mitkoppplungselements der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung zeigt.
Fig. 4 ist ein Blockschaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Steuervorrichtung.
Fig. 5 ist ein Blockschaltungsdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Steuervorrichtung.
Fig. 6 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm für die Arbeitsweise eines Mitkopplungselementes der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung, und
Fig. 7 ist ein Blockschaltungsdiagramm einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Steuervorrichtung.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Steuervorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt. Die Steuervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfaßt einen Addierer 1, eine Positionssteuervorrichtung 2, ein Mitkopplungselement 6, Addierer 8 und 9, eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10, ein Dämpfungselement 11 und einen Energieumwandler (Leistungswandler) 13. Der Addierer 1 berechnet die Abweichung Δω zwischen dem Zielwert der Rotationsgeschwindigkeit ω* und einem gemessenen Geschwindigkeitswert ωm eines Servomotors 14 zum Antreiben eines mechanischen Systems 15, welches einen Roboterarm usw. enthält. In der Positionssteuervorrichtung 2 wird die Abweichung Δω, die man von dem Addierer 1 erhält, integriert, um eine Positionsabweichung zu erhalten, welche mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor Ki multipliziert wird, um einen Referenzwert für die Rotationsgeschwindigkeit ωi des Servomotors 14 zu erhalten, bei dem die Positionsabweichung null wird.
Um die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 2 zu kompensieren, wird gleichzeitig ein Korrekturwert ωf für den Referenzwert ωi der Rotationsgeschwindigkeit des Servomotors 14 durch das Mitkopplungselement 6 auf der Grundlage des Zielwerts der Rotationsgeschwindigkeit ω* bestimmt. Die Transferfunktion Gf(S) des Mitkopplungselements 6 wird durch die folgende Gleichung (1) dargestellt
Gf(S) = (1 - Kf + Tf·S)/(1 + Tf·S), (1)
wobei S eine Laplace-Variable ist, Kf ein Koeffizient ist, der 0 ≤ Kf ≤ 1 erfüllt, und Tf ein postiver Koeffizient ist.
Die Summation des Referenzwertes der Rotationsgeschwindigkeit ωi, die man von der Positionssteuervorrichtung 2 erhält, und des Korrekturwertes ωf von dem Mitkopplungselement 6 wird in dem Addierer 8 durchgeführt, wobei das Ergebnis als ein korrigierter Referenzwert für die Rotationsgeschwindigkeit verwendet wird. Die Abweichung zwischen dem korrigierten Referenzwert ω*p und dem gemessenen Wert der Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 erhält man durch den Addierer 9. Auf der Grundlage der Abweichung erhält man durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10 eine Drehmomentanweisung Tp für den Servomotor 14, bei der die Abweichung null wird.
Andererseits werden die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Roboterarms des mechanischen Systems 15 durch das Dämpfungselement 11 auf der Grundlage des korrigierten Referenzwertes für die Rotationsgeschwindigkeit ω*p und der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 abgeschätzt und dann wird auf der Grundlage der Abschätzungen eine Drehmomentanweisung Td zum Verbessern der Dämpfungseigenschaften des Roboterarms durch das Dämpfungselement 11 bestimmt. Die Summation der Drehmomentanweisung Td und des Ausgang Tp der Geschwindigkeitsteuervorrichtung 10 wird durch den Addierer 12 durchgeführt, dessen Ausgang ein Referenzdrehmoment T* des Servomotors 14 wird. Auf der Grundlage von T* wird ein Ankerstrom i des Servomotors 14 durch den Energieumwandler 13 so gesteuert, daß die Geschwindigkeit ωr des Roboterarms des mechanischen Systems 15 auf einen gewünschten Wert eingeregelt wird.
Bei einer Steuervorrichtung wie oben beschrieben wird die Kompensierung der Antwortverzögerung der Regelung der Positionssteuervorrichtung 2 wie in Fig. 2 gezeigt durchgeführt. In Fig. 2 zeigt die Bezugsziffer 19 eine Steuerschleife von dem Addierer 9 in Fig. 1 bis zu dem Servomotor 14, welche eine Transferfunktion Q besitzt. Das Symbol Gf zeigt die Transferfunktion des Mitkopplungselements 6. Die Transferfunktion Ω*p/Ω* von der angestrebten Rotationsgeschwindigkeit ω* zu einem korrigierten Referenzwert für die Rotationsgeschwindigkeit ω*p kann wie folgt dargestellt werden:
Ω*p/Ω* = (Gf + Ki/S)/(1 + Ki·Q/S) (2)
wobei angenommen ist, daß Q mit dem folgenden primären Verzögerungsfaktor approximiert werden kann:
Q = 1/(1 + Tq·S). (3)
Durch das Einsetzen der Gleichungen (1) und (3) in die Gleichung (2) erhält man das Folgende:
Ω*p/Ω* = (Ki+(1-Kf+Ki·Tf)S + Tf·S²)(1+Tq·S)/ [(Ki+S+Tq S2) (1+Tf·S)]. (4)
Mit der Annahme, daß Tf = Tq und Kf = Ki·Tf, kann die Gleichung (4) wie folgt geschrieben werden:
Ω*p/Ω* = 1. (5)
Durch eine geeignete Wahl des Mittkopplungselements 6 kann also die Verzögerung der Regelungsantwort der Positionssteuervorrichtung 2 kompensiert werden.
Eine Sprungantwort des Mitkopplungselements 6, das wie oben gewählt ist, ist in Fig. 3 gezeigt. Anhand dieser Sprungantwort ist klar, daß die Kompensation einer vorübergehenden Abweichung des primären Verzögerungssystems mit einer beliebigen Zeitkonstante und die Einstellung des normalen Mitkopplungswerts möglich ist, indem die Koeffizienten Tf und Kf der Transferfunktion Gf des Mitkopplungselements 6 geeignet verändert werden (vgl. Gleichung (1)). Wenn z. B. Kf = 1 ist, kann nur die vorübergehende Abweichung des primären Verzögerungssystems kompensiert werden.
Gemäß dieser Ausführungsform, bei der die Antwortverzögerung des Positionssteuerelements 2 mit Hilfe des Mitkopplungselements 6 kompensiert werden kann, ist es möglich, die Positionsabweichung zu verringern und die Geschwindigkeit der Regelungsantwort zu erhöhen. Weiterhin ist es bei einem Mitkopplungselement, das nicht nur eine vorübergehende Abweichung des primären Verzögerungssystems mit einer beliebigen Zeitkonstante kompensieren kann, sondern auch den normalen Mitkopplungswert beliebig setzen kann, möglich, ein Überschwingen aufgrund einer zu großen Mitkopplung zu verhindern. Zusätzliche ist es möglich, eine unerwünschte Vibration zu begrenzen, indem die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Roboterarms, der durch den Servomotor angetrieben werden soll, abgeschätzt werden, und dieser auf der Grundlage der Abschätzungen mit einer Rückkopplungsregelung gesteuert wird.
Obwohl in der ersten Ausführungsform die Rückkopplungsteuerung durch das Dämpfungselement durchgeführt wird, kann das Dämpfungselement durch jede andere Einrichtung ersetzt werden. Alternativ kann ein solches Dämpfungselement weggelassen werden, wenn die Dämpfungseigenschaften des mechanischen Systems selbst akzeptabel sind.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform umfaßt einen Integrierer 3, einen Addierer 4, eine Positionssteuervorrichtung 5, ein Mitkopplungselement 7, Addierer 8 und 9, eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10, ein Dämpfungselement 11, einen Addierer 12 und einen Energieumwandler 13. Da alle Komponenten der zweiten Ausführungsform außer dem Integrierer 3, dem Addierer 4, der Positionsteuervorrichtung 5 und dem Mitkopplungselement 7 dieselben wie in Fig. 1 gezeigt sind, werden Einzelheiten hierzu zur Vermeidung von Wiederholungen weggelassen. Der gemessene Wert für die Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 wird in dem Integrierer 3 integriert, so daß man einen Rotationswinkel Rm des Servomotors 14 erhält, welcher von dessen Ziel-Rotationswinkel R* in dem Addierer abgezogen wird, so daß man die Positionsabweichung ΔR dazwischen erhält. Die Positionsabweichung ΔR, die man so erhält, wird mit dem Verstärkungsfaktor Ki durch die Positionssteuervorrichtung 5 multipliziert und man erhält einen Referenzwert der Rotationsgeschwindigkeit ωi des Servomotors 14, bei dem die Abweichung ΔR gleich null wird.
Andererseits wird, um die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 auf der Grundlage des Zielwerts des Rotationswinkels O zu kompensieren, ein Korrekturwert für die Geschwindigkeit des Servomotors 14 bezüglich des Referenzwertes durch das Mitkopplungselement 7 bestimmt. Die Transferfunktion Gf(S) des Mitkopplungselements 7 wird in diesem Fall:
Gf(S) = [S(1-Kf+Tf·S)]/(1+Tf·S), (6)
wobei Kf ein Koeffizient ist, der 0 ≤ Kf ≤ 1 erfüllt, und Tf ein positiver Koeffizient ist.
Die Summe des Referenzwertes ωi von der Positionssteuervorrichtung 5 und des Korrekturwertes ωf von dem Mitkopplungselement 7 erhält man in dem Addierer 8 als einen korrigierten Referenzwert der Rotationsgeschwindigkeit ωp*. Dann wird wie in der ersten Ausführungsform der Servomotor 14 durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10, das Dämpfungselement 11 und den Energieumwandler 13 auf der Grundlage des korrigierten Referenzwertes ωp* und dem gemessenen Geschwindigkeitswert ωm gesteuert. Die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 wird ebenfalls durch das Mitkopplungselement 7 in derselben Weise kompensiert, wie sie mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Positionsabweichung zu verringern und die Regelungsantwort aufgrund der Tatsache zu beschleunigen, daß die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 durch das Mitkopplungselement 7 kompensiert wird. Da das Mitkopplungselement 7 eine vorübergehende Abweichung des primären Verzögerungssystems mit einer beliebigen Zeitkonstante kompensiert und es ermöglicht, den normalen Mitkopplungswert beliebig zu setzen, ist es weiterhin möglich, das Auftreten eines Überschwingens aufgrund eines übermäßigen Ausmaßes der Mitkopplung zu verhindern. Da die Mitkopplungssteuerung unter Verwendung der abgeschätzten Geschwindigkeit und Beschleunigung des Roboterarms durchgeführt wird, ist es außerdem möglich, das Auftreten von Vibrationen zu verhindern.
Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Steuervorrichtung für einen Servomotor. Die Ausführungsform umfaßt außerhalb der Positionssteuerschleife eine Korrekturschleife zum Korrigieren der Position hinsichtlich der Zielposition, welche eine Einrichtung, die einen Addierer 21 und einen Koordinatentransformierer 22 zum vollständigen Steuern der Operation des gesamten Roboters, und eine Einrichtung aufweist, die einen Addierer 4, eine Positionssteuervorrichtung 5, ein Mitkopplungselement 7, einen Addierer 8, eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung 5 und einen Energieumwandler 13 zum Steuern der Servomotoren 14 von entsprechenden Gelenkteilen des Roboters enthält, obwohl Fig. 5 eine Konstruktion für ein Gelenkteil zeigt.
Die Differenz Per zwischen einer Position Pr eines Werkzeugs des Roboters und einem gewünschten Arbeitspunkt Pj bezüglich einer Arbeit wird durch einen Abstandssensor 20 detektiert, der am oberen Ende des Roboters montiert ist, und die Abweichung zwischen der Differenz Per und der angestrebten Position Po*, die man aus vorbestimmten Anweisungsdaten erhält, erhält man durch einen Addierer 21 als eine korrigierte Zielposition P*. Die korrigierte Zielposition P* wird in einen Ziel-Rotationswinkel des i-ten Servomotors der Servomotoren 14 der entsprechenden Antriebswelle des Roboters transformiert und man erhält R* als den Ziel-Drehwinkel des Servomotors 14 der i-ten Antriebswelle.
Die gemessene Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 wird durch den Integrierer 3 integriert, so daß man den gemessenen Rotationswinkel Rm erhält, welcher durch den Addierer 4 verarbeitet wird, so daß man seine Abweichung (R* - Rm) bezüglich des Zielwertes R* erhält. Die resultierende Positionsabweichung wird mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor Ki durch die Positionssteuervorrichtung 5 multipliziert, so daß man eine Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωi des Servomotors 40 erhält, bei der die vorangehend genannte Positionsabweichung null wird.
Auf der Grundlage des Ziel-Rotationswinkels R* erhält man eine Korrekturgröße ωf für die Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωi des Servomotors 14 durch das Mitkopplungselement 7, wodurch die Kompensation der Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung realisiert wird. Die Transferfunktion Gf(S) des Mitkopplungselements 7 für diesen Fall ist durch die vorangehend genannte Gleichung (6) gegeben.
Die Summe der Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωi von der Positionssteuervorrichtung 5 und des Korrekturwerts ωf für den Referenzwert ωi, welcher durch das Mitkopplungselement 7 geliefert wird, erhält man durch den Addierer 8 als eine korrigierte Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωp*. Die Differenz (ωp* - ωm) zwischen dem korrigierten Referenzwert ωp* und der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 erhält man durch den Addierer 9 und eine Drehmoment-Anweisung T* des Servomotors 14, bei der die Differenz null wird, erhält man durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10. Auf der Grundlage dieser Drehmoment-Anweisung T* wird der Ankerstrom des Servomotors 14 durch den Energieumwandler 13 gesteuert, um das mechanische System 15 des Roboters anzutreiben.
Fig. 6 zeigt, wie man die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 in der in Fig. 5 gezeigten Konstruktion kompensiert. In Fig. 6 bezeichnet die Bezugsziffer 19 die gesamten Steuerelemente, die dazu beitragen, die Rotationsgeschwindigkeit des Servomotors 14 aus dem Ausgang des Addierers 8 in Fig. 5 zu gewinnen, und das Steuerobjekt, welches ein Transferfunktion Q besitzt. Die Transferfunktion des Mitkopplungselements 7 ist ebenfalls mit Gf dargestellt. Die Transferfunktion Ω*/R* von dem Referenz-Rotationswinkel R* zu der korrigierten Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωp* kann wie folgt dargestellt werden:
Ω*/R* = (Ki + Gf)/(1 + Ki·Q/S), (7)
wobei angenommen ist, daß Q durch das primäre Verzögerungselement wie durch die Gleichung (3) dargestellt approximiert werden kann.
Durch das Verwenden der Gleichung (1) und (3) in der Gleichung (7) kann diese wie folgt umgeschrieben werden:
Ω*/R* = [Ki + (1-Kf+Ki·Tf)S + Tf·S²](1+Tq·S)·S/ [(Ki + S + Tq·S2)(1 + Tf·S)] (8)
Unter der Annahme, daß Tf = Tq und Kf = Ki·Tf, kann die Gleichung (8) wie folgt umgeschrieben werden:
Ω*/R* = S (9)
Es ist daher möglich die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 durch eine geeignete Wahl des Mitkopplungselements 7 zu kompensieren.
Gemäß dieser Ausführungsform, durch welche die Antwortverzögerung der Steuervorrichtung 5 durch das Mitkopplungselement 7 kompensiert werden kann und bei der das Mitkopplungselement ein willkürliches Festsetzen des normalen Mitkopplungswerts gestattet, ist es möglich, die Positionsabweichung des Roboters usw. zu verringern und dadurch die Regelungsantwort für eine Kurvenwendung zu verringern, eine vorübergehende Abweichung des primären Verzögerungssystems mit einer beliebigen Zeitkonstante zu kompensieren und das Überschwingen aufgrund einer zu großen Mitkopplung zu verhindern.
Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Steuervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen der dritten, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ohne einen Koordinatentransformlerer und wird in Fällen verwendet, in denen die Bewegungsrichtung einer Maschine, die durch einen Servomotor angetrieben werden soll, mit der Detektionsrichtung eines Abstandssensors zusammenfällt.
Ein Abstandssensor 23, der auf dem oberen Ende eines Roboters montiert ist, detektiert den Abstand zwischen einer Position Pr eines Werkzeugs des Roboters und einem gewünschten Arbeitspunkt Pj als eine Abweichung, welche in eine Winkelabweichung Rer umgewandelt wird, die einem Rotationswinkel des Servomotors 14 entspricht. Die Differenz zwischen der Winkelabweichung Rer und einem angestrebten Rotationswinkel Ro* des Servomotors, den man aus einer Anweisung erhält, erhält man durch einen Addierer 24, so daß man einen korrigierten Ziel-Rotationswinkel R* erhält. Die Konstruktionselemente außer dem Abstandssensor 23 und dem Addierer 24 arbeiten ähnlich wie bei der dritten, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform und führen eine Kurvenwendungssteuerung durch.
Bei dieser Ausführungsform, bei der die Antwortverzögerung der Steuervorrichtung 5 durch das Mitkopplungselement 7 kompensiert werden kann und bei der der Ausgang des Abstandssensors 23 dem Servosystem ohne eine Koordinatentransformation eingegeben wird, ist es auch möglich, die Positionsabweichung zu verringern, um dadurch eine raschere Regelungsantwort für eine Kurvenwendung zu erhalten, die Konstruktion der Steuervorrichtung zu vereinfachen und die Zeitverzögerung aufgrund der Koordinatentransformation zu verringern.

Claims

1. Steuervorrichtung für einen Servomotor mit

- einer Positions-Steuereinrichtung (2) zum Erlangen einer Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche nötig ist, um eine Rotationswinkelposition des Servomotors (14) auf eine Ziel-Rotationswinkelposition zu regeln, wobei die Positions-Steuereinrichtung (2) eine integrierende Komponente umfaßt, um die Referenzgeschwindigkeit (ωi) auf der Grundlage einer Geschwindigkeitsabweichung zwischen einer aktuellen Geschwindigkeit (ωm) und einer Zielgeschwindigkeit (ω*) des Servomotors (14) zu erhalten,

- einer Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10) zum Erlangen eines Referenz-Drehmoments (Tp), welches nötig ist, um eine Abweichung zwischen der aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14) und der Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche man durch die Positions-Steuereinrichtung (2) erhält, auf Null zu reduzieren, und

- einem Energieumwandler (13) zum Regeln des Ankerstroms des Servomotors (14) auf der Grundlage des Referenz-Drehmoments (Tp), welches man durch die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10) erhält, gekennzeichnet durch

- eine Mitkopplungseinrichtung (6) zum Erlangen eines Korrekturwertes (ωf), welcher nötig ist, um die Antwortverzögerung der Positions-Steuereinrichtung (2) zu kompensieren, wobei die Mitkopplungseinrichtung (6) so arbeitet, daß sie den Korrekturwert (ωf) auf der Grundlage der Zielgeschwindigkeit (ω*) erlangt, und eine Transfer-Funktion Gf(S) besitzt, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Gf(S) = (1-Kf+Tf S)/(1+Tf S),

wobei S eine Laplace-Variable ist, Kf eine Koeffizient ist, welcher 0 ≤ Kf ≤ 1 erfüllt, und Tf ein positiver Koeffizient ist, und

- eine Korrektureinrichtung (8) zum Korrigieren der Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche man durch die Positions-Steuereinrichtung (2) erhält, durch den Korrekturwert (ωf), welchen man durch die Mitkopplungseinrichtung (6) erhält, und zum Abgeben einer korrigierten Referenzgeschwindigkeit (ωp*) an die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10).

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dämpfereinrichtung (11) zum Erlangen einer Drehmoment-Anweisung (Td), welche nötig ist, um die Dämpfungseigenschaften eines mechanischen Systems (15) als einer Last des Servomotors (14) zu verbessern, auf der Grundlage der korrigierten Referenzgeschwindigkeit (ωp*) und der aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14) und zum Korrigieren des Referenz-Drehmoments (Tp) durch die Drehmoment-Anweisung (Td).

3. Steuervorrichtung für einen Servomotor mit

- einer Integriereinrichtung (3) zum Erlangen eines Rotationswinkels (Rm) des Servomotors (14) auf der Grundlage einer aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14),

- einer Positions-Steuereinrichtung (5) zum Erlangen einer Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche nötig ist, um eine Rotationswinkelposition (Per) des Servomotors (14) auf eine Ziel-Rotationswinkelposition auf der Grundlage einer Winkelabweichung zwischen einem Zielwinkel (R*) und dem Rotationswinkel (Rm) zu regeln, zum Erlangen der Referenzgeschwindigkeit (ωi), bei welcher eine Winkelabweichung zwischen dem Ziel-Rotationswinkel (R*) und dem Rotationswinkel (Rm), welchen man durch die Integrationseinrichtung (3) erhält, sich auf Null reduziert,

- einer Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10) zum Erlangen eines Referenz-Drehmoments (Tp), welches nötig ist, um eine Abweichung zwischen der aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14) und der Referenzgeschwindigkeit (ωp*), welche man durch die Positions-Steuereinrichtung (2) erhält, auf Null zu reduzieren, und

- einem Energieumwandler (13) zum Regeln eines Ankerstroms des Servomotors (14) auf der Grundlage des Referenz-Drehmoments (Tp), welches man durch die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10) erhält, gekennzeichnet durch

- eine Mitkopplungseinrichtung (6) zum Erlangen eines Korrekturwerts (ωf), welcher nötig ist, um die Antwortverzögerung der Positions-Steuereinrichtung (2) zu kompensieren, wobei die Mitkopplungseinrichtung (6) so wirkt, daß sie den Korrekturwert (ωf) auf der Grundlage des Ziel-Rotationswinkels (R*) erlangt und eine Transferfunktion Gf(S) besitzt, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Gf(S) = S(1-Kf+Tf S)/(1+ Tf S),

wobei S eine Laplace-Variable ist, Kf ein Koeffizient ist, welcher 0 ≤ Kf ≤ 1 erfüllt, und Tf ein positiver Koeffizient ist, und

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Dämpfungseinrichtung (11) zum Erlangen einer Drehmoment-Anweisung (Td), welche zum Verbessern der Dämpfungseigenschaften eines mechanischen Systems (15) als einer Last des Servomotors (14) nötig ist, auf der Grundlage der korrigierten Referenzgeschwindigkeit (ωp*) und der aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14) und zum Korrigieren des Referenz-Drehmoments (Tp) durch die Drehmoment-Anweisung (Td).

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

- eine Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (20) zum Detektieren einer Positionsabweichung zwischen einer Position eines mechanischen Systems (15) als einer Last des Servomotors (14) und einer gewünschten Position davon und

- eine Zielpositions-Korrektureinrichtung (21, 22) zum Korrigieren der Ziel-Drehwinkelposition des Servomotors (14) auf der Grundlage der Positionsabweichung, welche durch die Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (20) festgestellt wird.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielpositions-Korrektureinrichtung umfaßt:

- eine Einrichtung (20, 21) zum Korrigieren der Position des mechanischen Systems (15) durch die Positionsabweichung, welche von der Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (20) detektiert wird und

- eine Koordinaten-Umwandlungseinrichtung (22) zum Umwandeln der korrigierten Position in einen Ziel-Rotationswinkel.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

- eine Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (23) zum Detektieren einer Rotationswinkelabweichung auf der Grundlage einer Positionsabweichung zwischen einer Position eines mechanischen Systems (15) als einer Last des Servomotors (14) und einer gewünschten Position desselben, und

- eine Zielpositions-Korrektureinrichtung (24) zum Korrigieren der Position des mechanischen Systems (15) durch die Drehwinkelabweichung, welche durch die Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (23) festgestellt wird.