Verfahren und Systeme zum Ermitteln von Kompensations parametern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Kom pensationsparametern, wobei die Kompensationsparameter ein (von mehreren Kompensationsparametern abhängiges) Kompensati onssignal festlegen, wobei das Kompensationssignal dazu vor gesehen ist, zumindest eine Störung zu kompensieren, wobei die zumindest eine Störung im Betrieb eines Regelziels auf grund eines Reibeffekts vorzugsweise deterministisch auf- tritt, wobei das Regelziel, das z.B. eine Achse einer Werk zeugmaschine umfasst, im Betrieb von einer Servoantrieb- Regeleinrichtung geregelt wird, wobei der Reibeffekt im Be trieb an zumindest einem Umkehrpunkt einer servogetriebenen Achse des Regelziels auftritt, wobei die Servoantrieb-Regel einrichtung dazu eingerichtet ist, beim Auftreten der zumin dest einen Störung anhand der (mehreren) Kompensationsparame ter das Kompensationssignal zu generieren, um einen auf die Störung zurückzuführenden Folgefehler zu reduzieren.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Über wachung eines Regelziels.

Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Ausführung der vorgenannten Verfahren.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogramm mit den Befehlen, die bewirken, dass das vorgenannte System eines oder beide der vorgenannten Verfahren ausführt.

Obendrein betrifft die Erfindung ein computerlesbares Medium, auf dem das vorgenannte Computerprogramm gespeichert ist.

Verfahren und Systeme, bei welchen eine Kompensation bei ei ner Abweichung zwischen Soll- und Ist-Werten ausgelöst wird, sind hinlänglich bekannt. Tritt eine solche Abweichung auf, generiert die Servoantrieb-Regeleinrichtung typischerweise ein Kompensationssignal, welches auf ein Soll-Signal aufge schaltet wird, um den Fehler zu kompensieren.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Störung eine Störung verstanden, die auf einen physi kalischen Effekt vorzugsweise innerhalb des Regelziels zu rückzuführen ist. Mit anderen Worten handelt es sich hierbei um die regelzielsinneren Störungen physikalischen Ursprungs.

Z.B. wird Die Positioniergenauigkeit von Maschinen-Vorschub- achsen (insbesondere Werkzeug-, Bearbeitungs- und Produkti onsmaschinen) durch Reibung, z.B. am Antriebsstrang oder in den Führungen der bewegten Komponenten, verschlechtert. Vor allem an Positions-Umkehrpunkten entstehen vergleichsweise große Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Position. Dies stellt gerade bei Maschinen im Werkzeugformenbau bspw. für KunststoffSpritzguss- oder Aluminiumdruckguss-Werkzeuge ein zentrales Problem dar. Aus diesem Grund beinhaltet die Soll wert-Generierung von NC-Steuerungen für die am Bearbeitungs prozess beteiligten Maschinenachsen einen Mechanismus zur Kompensation der an den Umkehrpunkten auftretenden Reibeffek te. Dieser Mechanismus kann durch den Geschwindigkeitsnull durchgang des Soll- oder Istsignals ausgelöst werden und führt zur Aufschaltung eines zusätzlichen Kompensationssig nals auf den Drehzahl-Sollwert.

Die mit dem durch die Kompensationsparameter festgelegten Kompensationsverlauf erreichbare Positioniergüte hängt we sentlich von der geeigneten Wahl der Parameter ab. Die für eine optimale Kompensationsgüte zu wählenden Parameter sind dabei Maschinen- und Achs-abhängig und unterscheiden sich üb licherweise an Umkehrpunkten mit positiver und negativer Be schleunigung („oberer" und „unterer" Umkehrpunkt). Zudem hängt die optimale Wahl der Parameter üblicherweise vom Be schleunigungsniveau während der Richtungsumkehr ab. Die Abhängigkeit vom Beschleunigungsniveau kann hierbei durch eine lineare Interpolation zwischen frei wählbaren beschleu nigungsbezogenen Stützstellen für die (Kompensations-)Para meter realisiert werden.

Es steht somit fest, dass für eine einzelne Achse eine Viel zahl an Parametern für unterschiedliche Beschleunigungsni veaus an den beiden Umkehrpunkten zu bestimmen ist. Bei einer Maschine mit fünf Antriebsachsen und der Wahl von sechs Wer tepaaren für die beschleunigungsabhängige Interpolation sind beispielsweise insgesamt 60 Parametersätze zu bestimmen, was bei Verwendung vorhandener Parametrierungs-Methoden zu einer hohen, von Kunden nicht akzeptierten Inbetriebnahme-Dauer führt.

Außerdem setzen die heute implementierten Methoden zur Kom pensation von Reibung zunächst voraus, dass die Reibung über das Maschinenleben konstant ist. Ändert sich die Reibung - z.B. durch Einlaufen von Führungsschienen - ist ein manueller Eingriff erforderlich.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Methoden zur manuellen Parametrierung durch Beobachtung des Folgefehlers an einem Kreisformtest (siehe DE 19841 716 Al) und einer heuristischen Trial-and-Error-Vorgehensweise bekannt. Bei diesem Ansatz ist ein erfahrener Inbetriebnehmer notwendig, der durch Beobachtung des Folgefehlers zwischen Soll- und Ist-Position, bspw. während der Sinus-förmigen Bewegung einer einzelnen Achse (Kreisformtest), eine iterative Anpassung der Parameter vornimmt. In der Praxis ist ein qualitativer Zusam menhang zwischen den einzelnen Parametern des Parameter- Satzes und dem sich ergebenden Folgefehler bekannt, auf des sen sich ein heuristisches Trial-and-Error-Vorgehen etabliert hat.

Als wesentliche Nachteile dieses Ansatzes sind zu nennen:

• Erfahrener Inbetriebnahme-Techniker notwendig

• Lange Inbetriebnahme-Dauer. Wird ein solches Verfahren automatisiert, bleibt das Problem der langen Inbetriebnahme-Dauer bestehen.

Aus der US 6865 499 B2 ist ein Verfahren und eine Maschine für Abstimmung von Kompensationsparametern in einem Bewe gungssteuerungssystem in Verbindung mit einem mechanischen Bauteil bekannt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. Empfangen einer Angabe eines zu testenden Kompensationspara meters; basierend auf dem zu testenden Kompensationsparameter des, Veranlassen eines Signals, das eine gewünschte Bewegung des mechanischen Bauteils anzuordnen hat; Erfassen von dem Signal dazugehörigen Steuerdaten; Erfassen von Messdaten, die mit der tatsächlichen Bewegung des mechanischen Glieds in Re aktion auf das Signal assoziiert sind; Analysieren der Steu er- und Messdaten; und Implementieren eines Werts des Kompen sationsparameters, basierend auf dem Schritt des Analysierens der Steuer- und Messdaten.

Die objektive technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, Verfahren und Systeme zur schnelleren und effizienteren Ermittlung von Kompensationspa rametern zum Kompensieren von aus der im Betrieb an zumindest einem Umkehrpunkt einer servogetriebenen Achse eines Regel ziels auftretenden Reibung hervorgehenden Störungen - Reib kompensationsparametern - bereitzustellen, die eine automati sierte und schnelle Ermittlung der Reibkompensationsparameter ermöglichen und dadurch die Inbetriebnahme vereinfachen und die für die Inbetriebnahme notwendige Zeit verkürzen. Darüber hinaus kann dadurch unterschiedlichen Beschleunigungsniveaus an den unterschiedlichen Umkehrpunkten Rechnung getragen wer den.

Die Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erster Testparametersatz bereitgestellt wird; die Servoantrieb-Regeleinrichtung veran lasst wird, einen Betriebsvorgang, bei dem die zumindest eine Störung auftritt, durchzuführen, wobei die Servoantrieb- Regeleinrichtung bei dem Durchführen des Betriebsvorgangs ba- sierend auf dem ersten Testparametersatz ein erstes (von meh reren Parametern abhängiges) Test-Kompensationssignal gene riert und ein erstes Messsignal als Rückmeldung (von dem Re gelziel) erhält; aus dem ersten Messsignal ein erstes Fehler signal ermittelt wird; die Kompensationsparameter mittels ei nes Ersatzmodells, wobei das Ersatzmodell Fehlersignale auf Kompensationssignale abbildet, und unter Verwendung des ers ten Fehlersignals ermittelt werden.

Daraus, dass ein erster Testparametersatz (vorzugsweise aus zwei oder mehr Parametern) bereitgestellt wird und am Schluss die Kompensationsparameter ermittelt werden, folgt, dass es möglich ist, gleichzeitig mehrere Kompensationsparameter zu ermitteln. Dadurch ist es möglich, deutlich komplexeres Kom pensationssignale zu verwenden, die z.B. einer Totzeit und/oder einer Haltezeit Rechnung tragen, d.h. bei den diese Größen durch Hinzunahme entsprechender Parameter berücksich tigt werden können.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass beim Er mitteln des ersten Fehlersignals Sollwerte verwendet werden, wobei die Sollwerte durch den Betriebsvorgang festgelegt sind.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Kom pensationsparameter anhand eines durch das Ersatzmodell auf ein Kompensationssignal abgebildeten ersten Fehlersignals - eines Ersatz-Kompensationssignals - bestimmt/ermittelt wer den. Dabei kann beispielsweise eine Differenz zwischen einem Kompensationsverlauf und dem Ersatz-Kompensationssignal mini miert werden, wobei der Kompensationsverlauf als Minimie rungsvariable verwendet wird. D.h. der Kompensationsverlauf wird variiert, um das Minimum zu erreichen. Mit anderen Wor ten wird dabei die aus einem beliebigen bzw. variierbaren Kompensationssignal (dem Kompensationsverlauf) und dem Er satz-Kompensationssignal gebildete Differenz durch Variieren der das beliebige Kompensationssignal festlegenden/definie- renden Parameter minimiert. Die Ermittlung der Kompensations parameter ist dabei sehr einfach und sehr schnell.

Das Ersatzmodell modelliert beispielsweise das Verhalten der Servoantrieb-Regeleinrichtung und des Regelziels. Beispiels weise kann das Ersatzmodell als Modell eines geschlossenen Regelkreises, z.B. eines Lageregelkreises ausgebildet sein.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der ers te Testparametersatz aus Kompensationsparametern besteht, die alle gleich null sind (erster Testlauf: ohne Kompensation).

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ferner ein zweiter Testparametersatz (aus mehreren Parametern) be reitgestellt wird; die Servoantrieb-Regeleinrichtung veran lasst wird, den Betriebsvorgang zu wiederholen, wobei die Servoantrieb-Regeleinrichtung bei dem Wiederholen des Be triebsvorgangs basierend auf dem zweiten Testparametersatz ein zweites Test-Kompensationssignal generiert, wobei sich das zweite Test-Kompensationssignal von dem Test-Kompensa tionssignal unterscheidet, und als Rückmeldung ein zweites Messsignal erhält; aus dem zweiten Messsignal ein zweites Fehlersignal ermittelt wird; auf Basis von den Test-Kompen sationssignalen und den Messsignalen ein Übertragungsverhal tensmodell ermittelt bzw. generiert bzw. erstellt wird, wobei das Übertragungsverhaltensmodell ein Übertragungsverhalten zwischen Kompensations- (Input/Eingang) und Fehlersignalen (Output/Ausgang) simuliert, d.h. Kompensationssignale (In put/Eingang des Übertragungsverhaltensmodells) auf Fehlersig nale (Output/Ausgang) abbildet; die Kompensationsparameter anhand des Übertragungsverhaltensmodells ermittelt werden.

Da das Übertragungsverhaltensmodell den allgemeinen Zusammen hang zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangssignal kann, handelt es sich um ein dynamisches System bzw. Modell, wel ches eine Vorausberechnung eines Outputs infolge eines In puts. Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass beim Er mitteln der Kompensationsparameter anhand des Übertragungs verhaltensmodells eine Optimierung, insbesondere eine Mini mierung eines auf ein vorgegebenes Fehlersignal und auf ein mittels des Übertragungsverhaltensmodells simuliertes Fehler signal bezogenen Gütewerts erfolgt. Außerdem kann es zweckmä ßig sein, wenn die Optimierung vorzugsweise die Minimierung durch Variieren von Parametern erfolgt, welche Parameter ein (Kompensations-)Signal festlegen, welches Signal als Eingang für das Übertragungsverhaltensmodell verwendet wird, um das simulierte Signal (simuliertes Fehlersignal) zu generieren.

Durch die Optimierung wird angestrebt, das simulierte (Feh ler-)Signal mit dem vorgegebenen Fehlersignal in Deckung zu bringen. Das vorgegebene Fehlersignal wird vorzugsweise wäh rend der Optimierung nicht verändert.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das vor gegebene Fehlersignal das erste Fehlersignal ist.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das vor gegebene Fehlersignal das zweite Fehlersignal ist.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine p- Norm mit p £ M, p > 1 als Gütewert verwendet wird.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der zweite Testparametersatz die anhand des Ersatzmodells be stimmten Kompensationsparameter umfasst, vorzugsweise aus den anhand des Ersatzmodells bestimmten Kompensationsparametern besteht, sodass das zweite Test-Kompensationssignal gleich einem auf den anhand des Ersatzmodells bestimmten Kompensati onsparametern basierenden Kompensationssignal ist.

Bei einer Ausführungsform kann es zweckdienlich sein, wenn die Servoantrieb-Regeleinrichtung veranlasst wird, den Be triebsvorgang ein weiteres Mal durchzuführen, wobei die Ser voantrieb-Regeleinrichtung das Kompensationssignal basierend auf den (mehreren) anhand des Übertragungsverhaltensmodells ermittelten Kompensationsparametern generiert und als Rück meldung ein drittes Messsignal erhält, wobei basierend auf dem dritten Messsignal ein drittes Folgefehler ermittelt wird, wobei das erste, das zweite und das dritte Fehlersigna le verglichen werden, um jene Kompensationsparameter zu wäh len, welche zu dem geringsten Fehlersignal führen.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Feh lersignal ein Lage- bzw. Positions- oder Geschwindigkeitsfeh lersignal ist.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Re gelziel als eine Werkzeug-, Bearbeitungs- oder Produktionsma schine ausgebildet ist.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Stö rung durch einen Reibeffekt hervorgerufen wird, wobei der Reibeeffekt im Betrieb an zumindest einem Umkehrpunkt einer servogetriebenen/servoantreibbaren Achse des Regelziels auf- tritt.

Das Regelziel kann außerdem einen Motor (z.B. Servoantrieb) umfassen, der die Achse antreibt.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Kom pensationsparameter abhängig von der Achssteilung des Regel ziels ermittelt werden.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ach se eine Vorschub- oder Rotationsachse ist. Weitere Typen von Achsen sind denkbar: Rotationsachsen mit Getriebe, Rotations achsen mit Torquemotor, Translatorische Vorschubachsen mit Linearmotor, Translatorische Vorschubachsen mit Kugelgewinde trieb und einem oder mehreren Rotationsmotoren, Translatori sche Vorschubachsen mit Ritzel/Zahnstange-Übersetzung und ei nem oder mehreren Rotationsmotoren. Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der zu mindest eine Umkehrpunkt ein Positions-Umkehrpunkt ist.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ser voantrieb-Regeleinrichtung eine NC-Steuerung-Einheit und eine Servoantrieb-Einheit umfasst.

Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß mit einem Verfahren dadurch gelöst, dass bei dem Verfahren ein Regelziel über wacht wird, wobei das Regelziel im Betrieb von einer Servoan trieb-Regeleinrichtung geregelt wird, wobei die Servoantrieb- Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, beim Auftreten einer Störung in dem Regelziel anhand von Kompensationsparametern ein Kompensationssignal zu generieren, um die Störung zu kom pensieren, wobei während der Überwachung das vorgenannte Ver fahren zur Ermittlung von Kompensationsparametern ereignisge triggert und/oder in periodischen Zeitabständen ausgeführt wird, um optimierte Kompensationsparameter zu ermitteln, die optimierten Kompensationsparameter mit den Kompensationspara metern verglichen werden, beim Vorliegen einer einen vordefi nierten Wert übersteigenden Abweichung der Kompensationspara meter von den optimierten Kompensationsparametern eine War nung ausgegeben wird.

Dieses Verfahren lässt sich nutzen, um z.B. eine regelmäßige Adaption an sich ändernde Reibverhältnisse zu erreichen.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Ver fahren ein Verschleißanalyse-Verfahren, eine Wartung, vor zugsweise eine zustandsorientierte Wartung oder Condition- Monitoring-Verfahren ist.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass beim Vorliegen einer einen vordefinierten Wert übersteigenden Ab weichung der Kompensationsparameter von den optimierten Kom pensationsparametern die optimierten Kompensationsparameter z.B. von der Servoantrieb-Regeleinrichtung übernommen werden, beispielsweise um Kompensation aufgrund der optimierten Kom pensationsparameter auszuführen.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Aus führen des Verfahrens zur Ermittlung der Kombinationsparame ter bei einem Nicht-Mehr-Erfüllen eines definierten Quali- tätskriteriums, beispielsweise beim Übersteigen eines vorbe stimmten Werts durch eine Soll-Ist-Wert-Abweichung an Umkehr punkten bei Referenzfahrten (z.B. Kreisformtest) oder bei re gulärem Maschinen-Betrieb, ausgelöst wird.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass, wenn die optimierten Parameter übernommen werden, eine Meldung ausgegeben wird.

Außerdem wird die Aufgabe mit einem System erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das System eine Servoantrieb-Regelein richtung, ein Regelziel und eine Recheneinrichtung umfasst, wobei das Regelziel im Betrieb von der Servoantrieb-Regelein richtung geregelt wird, wobei im Betrieb des Regelziels (in dem Regelziel) zumindest eine Störung auftritt, wobei die Servoantrieb-Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, beim Auftreten der zumindest einen Störung ein Kompensationssignal zu generieren, um die zumindest eine Störung zu kompensieren, wobei das Kompensationssignal durch Kompensationsparameter definiert ist, wobei die Recheneinrichtung dazu konfiguriert ist, um das vorgenannte Verfahren zur Ermittlung der Kompen sationsparameter oder das vorgenannte Verfahren zur Überwa chung des Regelziels auszuführen.

Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Re cheneinrichtung einen maschinenlesbaren, z.B. flüchtigen oder nicht-flüchtigen Speicher, auf dem maschinenausführbare Kom ponenten gespeichert werden können, und einen mit dem maschi nenlesbaren Speicher operativ gekoppelten Prozessor umfasst, der dazu konfiguriert ist, die maschinenausführbaren Kompo nenten auszuführen. Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ser voantrieb-Regeleinrichtung die Recheneinrichtung umfasst.

Die vorgenannten Verfahren und Systeme führen zu deutlich ge ringerem Zeitaufwand bei der Bestimmung der Kompensationspa rameter. Die Zeitersparnis liegt u.a. daran, dass die Kompen sationsparameter anhand mathematischer System-Modelle gene riert werden und dafür wenige reale Messungen notwendig sind.

Die Zeitersparnis liegt unter anderem daran, dass die Kompen sationsparameter anhand mathematischer System-Modelle anstel le realer Messungen ermittelt werden.

Bei den vorgenannten Verfahren kann der Parametersatz solange iteriert werden, bis sich ein zufriedenstellender Fehlerver lauf ergibt. Bei Verfahren nach dem Stand der Technik muss dafür für jeden Parametersatz eine reale Messung mit der Dau er einer Sinusperiode durchgeführt werden. Vor allem bei Sollsignalen mit hoher Periodendauer dauert dies sehr lange. Bei einer Periodendauer von 30 Sekunden dauert die Messung demnach mindestens 30 Sekunden. Die Anzahl der Parametersätze steigt rasant mit der Anzahl der Achsen. Wie oben beschrie ben, ist dabei 60 Parametersätze keine große Zahl.

Beim vorgenannten Verfahren wird die reale Messung durch die Simulation ersetzt. Diese erfolgt virtuell, z.B. auf einem Microcontroller und ist in wenigen Milli-Sekunden abgeschlos sen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen:

FIG 1 eine Regelstruktur einer Maschinenachse,

FIG 2 ein Beispiel für Kompensationsverlauf für eine Linea rachse, FIG 3 eine Systemarchitektur mit einer der Servoantrieb- Regeleinrichtung zugeordneten Recheneinrichtung zur Bestimmung von Kompensationsparametern,

FIG 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens,

FIG 5 ein Ersatzmodell des geschlossenen Lageregelkreises,

FIG 6 ein Übertragungsverhaltensmodell

FIG 7 einen Vergleich verschiedener Kompensationssignale, und

FIG 8 einen Algorithmus für Zustandsabhängige Wartung und/oder Adaption an geändertes Systemverhalten.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleiche Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen ver sehen sein. Bei den zeitabhängigen Signalen können natürlich die Zeitverläufe unterschiedlich sein, obwohl die Signale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Außerdem dienen die Be zugszeichen in den Ansprüchen und in der Beschreibung ledig lich zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Anmeldung und sollen auf gar keinen Fall als eine Beschränkung des Ge genstands der vorliegenden Erfindung angesehen werden.

FIG 1 zeigt eine beispielhafte Regelstruktur einer Maschinen achse, beispielsweise einer Linearachse, insbesondere einer lagegeregelten Vorschub-Achse einer Werkzeugmaschine WZM. FIG 1 lässt eine NC-Steuerung NCS und eine Servo-Achs-Antriebs- einheit SAA erkennen, die gemeinsam eine Servoantrieb-Regel einrichtung SRE bilden, die einer erfindungsgemäßen Servoan trieb-Regeleinrichtung entsprechen kann.

Die Achse der Werkzeugmaschine WZM wird somit im Betrieb von der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE geregelt.

Die NC-Steuerung NCS kann beispielsweise einen Lageregler LR, eine Geschwindigkeitsvorsteuerung GV, ein Reibkompensations modul RKM und eine Drehmomentvorsteuerung DV umfassen. Ein Soll-Position-Signal x*(t), welches beispielsweise eine Durchfahrt der beiden Umkehrpunkte der Vorschub-Achse verur sacht (die Größe t bezeichnet die Zeit als freie Variable), kann dem Lageregler LR, der Geschwindigkeitsvorsteuerung GV und der Drehmomentvorsteuerung DV zugeführt werden.

Es kann beispielsweise ein Sinus-förmiges Positions-Soll- Signal x*(t) = Samp·sin (2p·t/STperi) herangezogen werden, wo bei bspw. Txsoll = 1,25· STperi ist. Dabei ist die Variable Samp die Amplitude und STperi die Periodendauer der Sinus- Bewegung.

Dem Reibkompensationsmodul RKM können unterschiedliche Kom pensationsparameter beispielsweise in Form von Kompensations parametersätzen P, PI, P2, PI*, P2* zugeführt, die verschie dene Kompensationssignale K, Kl, K2, Kl*, K2* definieren.

Das Reibkompensationsmodul RKM ist vorgesehen, um Kompensati onssignale K, Kl, K2, Kl*, K2* generieren, die zur Kompensa tion der aufgrund von Reibeffekten auftretenden Störungen - kurz Reibkompensation - verwendet werden. Es versteht sich, dass die Kompensationssignale K, Kl, K2, Kl*, K2* im Allge meinen zeitabhängig sind, also eine Funktion von Zeit f(t) sind.

An dieser Stelle sei auf FIG 2 Bezug genommen, die ein Bei spiel eines Kompensationssignals K illustriert, das bei Stö rungen an einer Achse, beispielsweise an einer lagegeregel ten, insbesondere translatorischen Vorschub-Achse der Werk zeugmaschine WZM angewandt werden kann. Die Achse kann bei spielsweise eine (im Betrieb der Werkzeugmaschine WZM) servo- getriebene Linearachse sein. Die Störung kann beispielsweise durch Reibeffekte verursacht werden, die an den Umkehrpunkten der Achse, also dort, wo die Geschwindigkeit ihr Vorzeichen ändert, vorzugsweise deterministisch auftritt. Bei dem in FIG 2 gezeigten Kompensationssignal K(t) kann sich also um ein Kompensationssignal handeln, das zum Kompensieren der auf grund der Reibeffekte auftretenden Fehler (z.B. Positions und/oder Drehzahl- und/oder Geschwindigkeitsfehler an den Achs-Umkehrpunkten) vorgesehen ist. Das Kompensationssignal K hängt in diesem Beispiel von insgesamt vier Parametern ab: Verzögerungszeit Tt, Haltezeit Th, Abklingzeit Td, und Maxi malwert der Kompensation Amp.

Beispielsweise kann das Kompensationssignal derart generiert werden, dass t=0 einem der Umkehrpunkte bzgl. deren Sollwer ten (also v*(t)) entspricht. Dabei wird v*(t) beobachtet und der Zeitpunkt bei dem v*(t) das Vorzeichen von plus auf minus wechselt, ist der Null-Zeitpunkt für den Kompensationsver lauf. Bei Umschaltung von minus nach plus kann der Geschwin digkeits-Kompensationsverlauf K(t) so aufgeschaltet werden, dass K ein positives Vorzeichen hat. Bei der Umschaltung von v* (t) von plus nach minus kann K ein negatives Vorzeichen aufweisen.

Die Geschwindigkeitsvorsteuerung GV kann ein Soll-Geschwin- digkeit-Signal v*(t) erzeugen, auf welches das Kompensations signal K, Kl, K2, Kl* oder K2* aufgeschaltet beziehungsweise addiert werden kann, wodurch ein Signal vK(t) erzeugt wird.

Das Signal vK(t) - das Soll-Geschwindigkeit-Signal v*(t) mit dem darauf aufgeschalteten Kompensationssignal Kl, K2, Kl* oder K2* - kann auf ein von dem Lageregler LR erzeugtes Sig nal addiert und einem Drehzahlregler DZR zugeführt werden, der in der Servo-Achs-Antriebseinheit SAA enthalten ist.

Mit anderen Worten bilden das Kompensationssignal K(t), der Lagerelger-Ausgang und der Ausgang der Geschwindigkeitsvor steuerung GV bzw. das Geschwindigkeits-Soll-Signal v*(t) zu sammen den Drehzahlregler-Eingang.

Der Drehzahlregler DZR kann ein Signal erzeugen, welches nach einer Addition mit einem von der Drehmomentvorsteuerung DV erzeugten Signal als ein Soll-Motordrehmoment-Signal M*(t) einem Motor (Motor mit Last) MOT zugeführt werden kann. Der Motor mit Last MOT stellt das zu regelnde System - also eine Maschinen-Achse - dar und ist ein Beispiel des erfindungsge mäßen Regelziels. Der Motor kann in der Servo-Achs-Antriebs- einheit SAA enthalten sein. Der Motor MOT kann auch als ein Teil der Werkzeugmaschine WZM ausgebildet sein, deren Achse von der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE (von der NC- Steuerung NCS und der Servo-Achs-Antriebseinheit SAA) gere gelt werden kann und im Betrieb geregelt wird.

Beim Auftreten einer Störung in der Werkzeugmaschine WZM, die beispielsweise, wie bereits erwähnt, durch eine Reibung her vorgerufen werden kann (Reibeffekt), kann das Kompensations signal K, Kl, K2, Kl* oder K2* beispielsweise basierend auf einem der vorgenannten Kompensationsparametersätze P, PI, P2, PI*, P2* generiert werden.

Die Reibeffekte, insbesondere Haftreibungseffekte können ins besondere an den Umkehrpunkten auftreten. Daher kann es zweckdienlich sein, wenn die Kompensation infolge eines be stimmten Ereignisses beispielsweise eines Nulldurchgangs des Geschwindigkeitsvorsteuersignals , was dem Passieren eines Um kehrpunktes entspricht, ausgelöst wird (z.B. bei t=0 in FIG 2).

Die Detektion eines Umkehrpunkts kann durch Detektion eines Nulldurchgangs eines Geschwindigkeitssignals erfolgen. Als Geschwindigkeitssignal kann z.B. das Geschwindigkeit-Ist- Signal v(t) oder der Ausgang des Positionsreglers LR oder der Ausgang der Geschwindigkeitsvorsteuerung v*(t) in FIG 1 ver wendet werden.

Danach kann das Kompensationssignal K(t) für die Dauer Tt gleich null sein (tO b t < Tt, |K(t)|=0).

Im Anschluss kann die Amplitude des Kompensationssignal vor zugsweise sprunghaft auf einen bestimmten Wert erhöht und auf diesem Niveau für eine bestimmte Zeit Tt b t < Tt+Th gehalten werden (|K(t)| = Amp). Danach kann ein Exponentielles Abklin gen mit |K (t)| = Amp -exp ((Tt+Th-t)/Td) folgen. Das Vorzeichen von K(t) kann sich nach der Art des Umkehr- punkts richten. Es kommen folgende Bezeichnungen für die Um kehrpunkte in Betracht:

Wechsel von einer positiven zu einer negativen Achs-Geschwin digkeit: Umkehrpunkt 1 bzw. UPI oder oberer Umkehrpunkt; und Wechsel von einer negativen zu einer positiven Achs-Geschwin digkeit: Umkehrpunkt 2 bzw. UP2 oder unterer Umkehrpunkt. Die den Umkehrpunkten nachfolgenden Zeitfenster mit der Dauer ei ner Periodenhälfte STperi/2 des sinus-förmigen Sollverlaufs werden mit T_UP1 und T_UP2 bezeichnet. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Vorzeichen von K(t) positiv ist, wenn die Ge schwindigkeit ihr Vorzeichen von negativ nach positiv wech selt, und negativ, wenn die Geschwindigkeit ihr Vorzeichen von positiv nach negativ wechselt.

Um unterschiedlicher Beschleunigung an unterschiedlichen Um kehrpunkten Rechnung zu tragen, können die Parameter Ämp, Tt, Th, Td für die beiden Umkehrpunkte getrennt vorgegeben wer den.

Der in FIG 2 gezeigte Kompensationsverlauf beziehungsweise das gezeigte Kompensationssignal kann durch vier frei wählba re Parameter P = {Ämp, Tt, Th, Td} je Umkehrpunkt UPI, UP2 festgelegt werden.

Auch andere Formen der Kompensationssignale zur Kompensation, beispielsweise zur Reibkompensation bei einer Maschinenachse, beispielsweise bei einer Linearachse, insbesondere bei einer lagegeregelten Vorschub-Achse der Werkzeugmaschine WZM sind denkbar. Z.B. kann eine Impulsfunktion verwendet werden. Die Kompensation kann einen PT1- oder PT2-förmigen Anstieg des Kompensationssignals anstelle des oben gezeigten sprungförmi gen Anstiegs aufweisen. Außerdem kann Kompensationsfunktion abschnittsweise aus Polynomen n-ten Grades definiert sein.

Darüber hinaus kann der Motor MOT Rückkopplungssignale für den Lageregler LR und den Drehzahlregler DZR erzeugen. Das Rückkopplungssignal für den Lageregler LR kann eine Ist- Motorposition x(t) (erstes Gebersystem) und eine Ist-Last position Lx(t) (zweites Gebersystem) umfassen. Das Rückkopp lungssignal für den Drehzahlregler DZR kann eine Ist-Motor drehzahl n(t) und eine Ist-Lastdrehzahl Ln(t) umfassen.

FIG 3 zeigt eine Systemarchitektur mit einer der Servoan trieb-Regeleinrichtung SRE zugeordneten Recheneinrichtung RE zur Bestimmung der Kompensationsparameter.

Die Recheneinrichtung RE umfasst beispielsweise zumindest ei nen maschinenlesbaren, z.B. flüchtigen oder nicht-flüchtigen Speicher, auf welchem maschinenausführbare Komponenten ge speichert werden können, und zumindest einen mit dem maschi nenlesbaren Speicher operativ gekoppelten Prozessor, der dazu konfiguriert ist, die maschinenausführbaren Komponenten aus zuführen.

Zusammenfassend umfasst die Recheneinrichtung RE bzw. der Speicher der Recheneinrichtung RE eine Komponente CP mit Be fehlen, die beim Ausführen der Komponente CP durch den Pro zessor der Recheneinrichtung RE (oder durch einen anderen Prozessor), die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE veranlas sen, einen Betriebsvorgang/ ein Betriebsszenario, bei dem die zu kompensierende Störung aufgrund von Reibeffekten auftritt, durchzuführen .

Die Recheneinrichtung RE kann, muss aber nicht, ein Teil der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE sein. Die Ressourcen, die zur Speicherung und Ausführung der Komponente CP notwendig sind, können durch die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE be reitgestellt werden. Sie können aber auch durch eine von der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE baulich getrennte Einheit, z.B. durch einen PC bereitgestellt werden.

FIG 3 verdeutlicht, dass die Recheneinrichtung RE als eine von der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE baulich getrennt ausgebildete Einheit ausgebildet sein kann, und illustriert Art und Weise, wie die Recheneinrichtung RE bzw. die maschi nenausführbare Komponente CP, z.B. ein Softwaremodul, das auf dem maschinenlesbaren Speicher der Recheneinrichtung RE ge speichert ist, mit der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE in teragiert, wenn sie (die Komponente CP) durch den Prozessor der Recheneinrichtung RE abgearbeitet wird.

Die Komponente CP kann beispielsweise als Teil (z.B. als Mo dul) einer Software, z.B. einer HMI-, einer Inbetriebnahme oder Engineering-Software ausgebildet sein. Diese Software kann entweder auf einem (externen) PC, einem in die Anlage integrierten IPC oder unmittelbar auf der NCU der NC-Steue- rung ausgeführt werden. Die Komponente CP kann ferner auf der NC-Steuerung NCS oder auf einer PLC-Steuerung ausgeführt und vorzugsweise gespeichert sein.

Die Komponente CP kann als eine Applikation eines industriel len Computers, z.B. eines Edge-Computers oder als eine Cloud- Applikation ausgebildet sein.

Die Komponente CP kann bspw. auf einer Programmierung in Mat lab o.Ä. basieren, der durch einen entsprechenden Interpreter in die Sprache C++ umgesetzt werden kann (sog. Codegenerie rung).

Als Ausgabewerte der Komponente CP dienen ein Parametersatz P, PI, P2, PI* oder P2* aus den Kompensationsparametern und Steuerwerte SW für die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE.

Die Komponente CP stößt somit eine Durchführung eines Be triebs- beziehungsweise eines Messszenarios an, indem sie der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE einen Parametersatz P, PI, P2, PI* oder P2* und die Steuerwerte SW zuführt.

Die Steuerwerte SW können beispielsweise Sollwerte, z.B. Soll-Positionswerte für das Soll-Position-Signal x*(t) umfas sen. Darüber hinaus kann die Komponente CP ein boolesches Signal zur Aktivierung und/oder Deaktivierung des Messszena rios auf der NC-Steuerung NCS übergeben.

Es versteht sich, dass die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE ein entsprechendes Teileprogramm abarbeitet, wenn sie den Be triebsvorgang / das Betriebs- / das Messszenario durchführt.

Darüber hinaus kann die Komponente CP Kenngrößen S, mit wel chen bspw. ein Soll-Verlauf S*(t) z.B. für ein definiertes Zeitintervall 0 b t < Txsoll festgelegt werden kann, als Ein gangswerte erhalten. Der Soll-Verlauf S*(t) kann als Refe renzszenario für die Zeit der Bestimmung der Kompensationspa rameter herangezogen werden und repräsentiert ein Szenario, für welches eine Kompensation von Störungen angestrebt wird.

Beispielsweise enthalten die Kenngrößen S bei dem vorgenann ten sinus-förmigen Positions-Soll-Signal x* (t) = Samp·sin (2p·t/STperi) die Amplitude Samp und die Pe riodendauer STperi der Sinus-Bewegung.

FIG 3 ist zu entnehmen, dass die Servoantrieb-Regeleinrich tung SRE die (gleichen) Kenngrößen ebenfalls erhält (z.B. per manuelle Angabe).

Der sinusförmige Sollverlauf x*(t) führt zu einer Hin- und Her-Bewegung der Vorschub-Achse und enthält zwei Umkehrpunk te, wobei bei einem ersten Umkehrpunkt sowohl bezüglich der Ist- als auch bezüglich der Sollgrößen eine Umkehr von posi tiver zu negativer Geschwindigkeit stattfindet und bei einem zweiten Umkehrpunkt eine Umkehr von negativer zu positiver Geschwindigkeit stattfindet.

Darüber hinaus kann die Komponente CP Maschinendaten MD er halten, die beispielsweise von einem Maschinennutzer vorgege ben werden. Die Maschinendaten können beispielsweise Informa tion über den Achs-Typ (rotatorische oder translatorische Be wegung der Achse, etc.), Proportionalverstärkung Kv der Lage- regelung LR, Nachstellzeit Tn des Integrationsglieds der Drehzahlregelung DZR, etc. umfassen.

Ferner können der Komponente CP Einstellparameter A, welche die Funktion des Algorithmus / der Komponente CP näher spezi fizieren zugeführt werden. Beispielsweise kann die Komponente CP über einen Expertenmodus verfügen, wobei ein Einstellen der Parameter A nur in dem Expertenmodus möglich ist.

Bei dem Durchführen des Betriebsszenarios generiert die Ser voantrieb-Regeleinrichtung SRE ein Kompensationssignal K, Kl, K2, Kl*, K2*. Als eine Rückmeldung von der Werkzeugmaschine WZM erhält die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE ein Ist- Signal beziehungsweise ein Messsignal MSI, MS2, MS3.

Diese Messsignale MSI, MS2, MS3 können die vorgenannten Rück kopplungssignale des Motors MOT für den Lageregler LR und den Drehzahlregler DZR sein - also Ist-Position x(t), eine Ist- Lastposition Lx(t), Ist-Drehzahl n(t) und eine Ist-Lastdreh zahl Ln (t).

Die Messsignale MSI, MS2, MS3 kann die Servoantrieb-Regel einrichtung SRE der Recheneinrichtung RE, insbesondere der Komponente CP zuführen.

Außerdem kann die Komponente CP zusätzlich ein oder mehrere der folgenden Signale verwenden:

Positions-Soll-Verlauf x*(t);

Kompensationssignal K(t);

Geschwindigkeits-Soll-Verlauf v*(t).

Dafür kann die Komponente CP die Signale x*(t), K(t), v*(t) entweder jeweils selbst bilden oder von Servoantrieb-Regel einrichtung SRE übertragen bekommen. Falls die Komponente CP die Signale selbst bildet, bildet sie das Signal x*(t) vor zugsweise sinusförmig und überträgt dieses an Servoantrieb- Regeleinrichtung SRE. Die in der Komponente verwendeten Signale können, beispiels weise über den erwähnten vorgegebenen Zeithorizont Txsoll aufgezeichnet werden.

Die Abtastzeit der Messung kann sich beispielsweise nach dem Takt der Lageregelung LR richten und z.B. 125ps, 250ps,

500ps, 1ms, 2ms, 4ms, 8ms betragen.

FIG 4 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines bei spielhaften Verfahrens zur Ermittlung der Kompensationspara meter veranschaulicht. Das Verfahren kann beispielsweise auf der Systemarchitektur der FIG 3 ablaufen.

Um die Kompensationsparameter PI* zu ermitteln, wird zunächst ein erster Testparametersatz PI bereitgestellt - Schritt Sl. Dieser kann beispielsweise per manuelle Eingabe über eine Be nutzer-Schnittstelle der Komponente CP bereitgestellt werden. Die Komponente CP kann den ersten Testparametersatz PI (nach bestimmten Vorgaben) auch automatisch generieren.

Der erste Testparametersatz PI kann z.B. zeitlich konstante Kompensationsparameter umfassen, die beispielsweise alle gleich null sein können (erster Testlauf: ohne Kompensation).

In Schritt S2 führt die Komponente CP den ersten Testparame tersatz PI der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE zu und ver anlasst diese, das beispielsweise durch die Kenngrößen S und die Steuerwerte SW vorgegebene Messszenario durchzuführen (erste Messung). Falls notwendig kann die Komponente CP der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE auch die Sollwerte SW zu führen oder das Durchführen des Messszenarios durch ein ein faches Signal an die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE, z.B. wie oben erwähnt, durch ein boolesches Signal anstoßen und/oder stoppen.

Die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE, vorzugsweise das Reib kompensationsmodul RKM der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE generiert aus dem ersten Testparametersatz PI ein erstes Test-Kompensationssignal Kl und führt das zur Messung vorge sehene Betriebsszenario durch, bei dem der erste Testparame tersatz PI verwendet wird. Dabei erhält die Servoantrieb- Regeleinrichtung SRE ein erstes Messsignal MSI als Rückmel dung.

Es ist denkbar, dass alle Parameter im Testparametersatz PI gleich null sind, sodass das erste Test-Kompensationssignal Kl gleich null ist, d.h. das Betriebsszenario ohne Kompensa tion durchgeführt wird.

Anschließend kann die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE das erste Messsignal MSI der Komponente CP der Recheneinrichtung RE zuführen.

Das erste Messsignal MSI kann beispielsweise ein Positions- Ist-Verlauf x(t) sein, welches beispielsweise sich auf eine beliebige Messstelle an der Vorschubachse beziehen und durch einen rotatorischen oder translatorischen Geber ermittelt werden kann. Es ist möglich, dass der hierzu verwendete Geber nur für die Zeit der Parameter-Bestimmung zur Verfügung ge stellt wird. Der Geber kann bspw. an der Vorschub-Achse mon tiert werden.

In Schritt S3 kann die Komponente CP aus dem ersten Messsig nal ein erstes Fehlersignal (einen ersten Zeitverlauf des Folgefehlers) bestimmen. Hierzu kann die Komponente CP bei spielsweise Sollwerte verwenden, welche Sollwerte durch das Messszenario festgelegt sind.

Beispielsweise kann die Komponente von dem zeitverschobenen Lage/Position-Sollwert x*(t-Te) den Lage/Position-Istwert x(t) subtrahieren: eX (t) = x*(t-Te)-x (t).

Ein solches Fehlersignal, das als eine Differenz zwischen Ist-Position und zeitlich verschobener Soll-Position gebildet wird, ist bei der Bewertung des Reib-Fehlers ist besonders vorteilhaft. Durch die zeitliche Verschiebung der Soll-Posi- tion kann die auch ohne Reibung zu erwartende Verschiebung zwischen Soll- und Ist-Position berücksichtigt werden. Mit dieser Verschiebung ist wegen Verzögerungszeiten des Mikro controllers bei Ausführung des Regel- und Steuerungsalgorith mus zu rechnen.

Dabei kann die Variable Te beispielsweise so bestimmt werden, dass sich in einem Zeitintervall, in dem keine Achsumkehr auftritt, eine minimale Norm, z.B. 2-Norm für eX(t) ergibt. Dadurch kann erreicht werden, dass eX(t) nur die durch Stör effekte, insbesondere Störeffekte, z.B. Reibeffekte an den Umkehrpunkten, verursachte Abweichungen repräsentiert. Abwei chungen durch Verzögerungen bzw. Totzeiten bei der Messung von x(t) und systematische Abweichungen, die bei Verfahren der Achse mit x*(t) 0 und einer nicht perfekt eingestellten Steuerungs- und Regelungsstruktur immer auftreten, werden auf diese Weise isoliert. Zur numerischen Bestimmung von Te kann bspw. ein lineares Least-Squares-Verfahren verwandt werden.

In Schritt S4 ermittelt die Komponente CP anhand des ersten Fehlersignals die Kompensationsparameter PI*. Dabei macht sich die Komponente ein vorzugsweise dynamisches Ersatzmodell EM (siehe FIG 5) zunutze, bei dem das Fehlersignal EM ein Ausgangssignal bildet. Als Eingangssignal für das Ersatzmo dell EM wird ein Signal verwendet, welches im Zusammenhang mit dem Kompensationssignal K(t) steht. Das Ersatzmodell EM beschreibt also eine Beziehung zwischen dem Kompensations und dem Fehlersignal.

Beim Ermitteln der Kompensationsparameter PI* führt die Kom ponente CP eine Optimierung anhand des Ersatzmodells EM durch.

Beispielsweise wird bei der Optimierung aus dem ersten Feh lersignal, beispielsweise dem eX(t), und dem Ersatzmodell EM ein dem Fehlersignal entsprechendes Ersatz-Kompensations signal, z.B. v_eX_equiv(t), gebildet. Die Optimierung hat durch Anpassung der Kompensationsparameter das Ziel die Dif- ferenz zwischen dem Ersatz-Kompensationssignal und dem Kom pensationssignal, wobei das Kompensationssignal bzw. der das Kompensationssignal definierende Parametersatz als Variable verwendet wird, zu minimieren.

Das Ersatzmodell EM kann beispielsweise auf der Rechenein richtung RE oder auch auf einem von der Recheneinrichtung RE separaten (entfernten) Speicher, z.B. in einer Cloud gespei chert sein.

FIG 5 zeigt ein Ersatzmodell EM eines geschlossenen Lagere gelkreises, welches als erfindungsgemäßes Ersatzmodell ver wendet werden kann. Das Ersatzmodell der FIG 5 umfasst ein Modell einer lagegeregelten NC-Achse, welche ein als lineares dynamisches System, insbesondere als ein LTI System (lineares zeitinvariantes dynamisches System) betrachtet wird.

Als Eingang und Optimierungsvariable kann dabei beispielswei se das Kompensationssignal K(t) verwendet werden, wobei das erste Fehlersignal eX(t) als Ausgang gesehen wird.

Das Ersatzmodell EM der FIG 5 beschreibt also das dynamische Ein-/Ausgangs-Verhalten, z.B. zwischen K (t) und eX (t). Dabei kann es zweckdienlich sein, von einer idealen Geschwindig keitsvorgabe und einem (reinen) Verstärkungsglied mit einem Proportionalfaktor Kv als Lageregler LR - also von einer ide alen Geschwindigkeitsregelung - auszugehen. Das Signal K(t) mit dem Ausgang des Lagereglers LR bildet den Eingang für ein Modell RZM des Regelziels, hier - des Motors mit Last MOT bzw. der Werkzeugmaschinenachse.

Das Ersatzmodell EM ist vorzugsweise ein PTl-Glied. Dabei kann das Übertragungsverhalten zwischen Eingangs- und Aus gangssignal durch den folgenden mathematischen Operator G (s)=-1/(Kv+s) beschrieben werden. Die Variable s bezeichnet den Laplace-Operator. G(s) wird als Übertragungsfunktion be zeichnet und beschreibt das Übertragungsverhalten der gesam- ten geregelten Achse also von dem oben beschriebenen Verhal ten - K(t) als Eingang, eX(t) als Ausgang.

Beispielsweise kann basierend auf dem genannten Ein-/Aus- gangsverhalten (auf dem Ersatzmodell EM) eine Umrechnung des in Schritt S3 bestimmten ersten Fehlersignals eX (t) in das entsprechende Ersatz-Kompensationssignal v_eX_equiv(t) erfol gen, welches als Eingangssignal verwendet wird. Mathematisch kann dies durch Inversion der zuvor beschriebenen Übertra gungsfunktion erreicht werden.

Dies kann beispielsweise in folgenden Teilschritten erfolgen. Zunächst kann das erste Fehlersignal eX(t) tiefpassgefiltert werden. Anschließend kann eine zeitliche Ableitung des tief passgefilterten ersten Fehlersignals beispielsweise durch nu merische Differentiation gebildet werden. Danach kann das erste Fehlersignal eX(t) mit dem Faktor der Proportionalver stärkung Kv multipliziert werden. Zuletzt werden die Ablei tung des tiefpassgefilterten ersten Fehlersignals und das erste mit dem Faktor der Proportionalverstärkung Kv multipli zierte Fehlersignal zusammenaddiert.

Anhand des dem ersten Fehlersignal eX(t) entsprechenden Er satz-Kompensationssignals v_eX_equiv(t) können die Parame tersätze P1*_UP1, P1*_UP2 für den jeweiligen Umkehrpunkt wie folgt ermittelt werden. Die beiden Umkehrpunkte UPI und UP2 können dabei in den Zeitintervallen T_UP1 und T_UP2 getrennt betrachtet werden. Als Amp kann das Betragsmaximum von dem invertierten ersten Fehlersignal, also von dem Ersatz-Kompen sationssignal v_eX_equiv(t) dienen. Die Verzögerungszeit kann gleich null gesetzt werden Tt = 0. Die Haltezeit Th und die Abklingzeit Td können als Th = k-Tsum, Td = (1-k)·Tsum mit 0 < k < 1 festgelegt werden, wobei der Parameter k durch die Einstellparameter bzw. Algorithmus-Parameter A festgelegt/ eingestellt werden kann. Dabei kann der Parameter Tsum durch Bilden eines Flächenintegrals von dem Ersatz-Kompensations signal v_eX_equiv(t) und Dividieren des Flächenintegrals durch Amp bestimmt werden. Anschließend können die Parameter (Amp, Tt, Td, Th) derart variiert werden, dass ein bestimmter Gütewert J minimiert wird. Beispielsweise kann eine 1-Norm des ersten Fehlersignals eX(t) minimiert werden. Die Parame ter, bei welchen ein Minimum erreicht wird, können als Kom pensationsparameter PI* verwendet werden.

Als Gütewert J kann beispielsweise ein auf den simulierten Folgefehler (auf das simulierte Folgefehlersignal) bezogener Normalwert verwendet werden. Beispielsweise kann eine Norm des Folgefehlersignals, beispielsweise eines Lage- und/oder Drehzahl- und/oder Geschwindigkeit-Folgefehlers in einem In tervall nach einem Umkehrpunkt verwendet werden.

Je nach Art der zur Verfügung stehenden Messsignale (Lage und/oder Drehzahl und/oder Geschwindigkeit) können entspre chende (erstes, zweites oder auch - siehe unten - drittes) Fehlersignale unter Verwendung von einschlägigen Soll- Signalen als Differenzen gebildet und berechnet werden.

Es versteht sich, dass das oben Gesagte für beide Umkehrpunk te UP_1 und UP_2 gilt. In anderen Worten können sich die Gü tewerte J aus abschnittsweiser Betrachtung des Fehlersignals eX (t) ermittelt werden. Beispielsweise können zwei Gütewerte J_UP1 und J_UP2 bezogen auf die beiden Umkehrpunkte mit den Zeitintervallen T_UP1 und T_UP2 verwendet werden. Die Parame ter Ämp_UPl, Tt_UPl, Th_UPl, Td_UPl beziehungsweise Ämp_UP2, Tt_UP2, Th_UP2, Td_UP2 sollen dabei so bestimmt werden, dass J_UP1 beziehungsweise J_UP2minimal wird.

Als Gütewert J kann z.B. eine Norm, insbesondere Betrags- Maximum, euklidische Norm, 4-Norm usw. dienen.

Als Zeitfenster kann z.B. ein fester Wert oder z.B. die Zeit dauer zwischen zwei Umkehrpunkten oder ein Bruchteil dieser Zeitdauer verwendet werden.

Alternativ können die Kompensationsparameter PI* dadurch er mittelt werden, dass an dem jeweiligen Umkehrpunkt Amp als Betragsmaximum von Kv eX(t) festgelegt wird; die Verzöge rungszeit und die Haltezeit Th gleich null gesetzt werden Tt = Th = 0; und die Abklingzeit Td als die Zeitdauer zwischen Zeitpunkten T_eX_max und T_eX_30, wobei T_eX_max ein Zeit punkt, an dem Kv eX(t) = Amp ist, und T_eX_30 ein Zeitpunkt, ab welchem Kv eX(t) sich in einem Intervall 0,3 · Amp bewegt.

Führen bereits die Kompensationsparameter PI* zu sehr guten Kompensationsergebnissen, kann die Ermittlung beendet und die Kompensationsparameter PI* übernommen werden und beispiels weise in der Recheneinrichtung RE und/oder in der Servoan trieb-Regeleinrichtung SRE gespeichert werden - Schritt S _E .

Um Kompensationsparameter P2* zu ermitteln, die zu noch bes seren Ergebnissen führen, kann in Schritt S5 ein zweiter Testparametersatz P2 bereitgestellt werden. Der zweite Test parametersatz P2 kann beispielsweise per manuelle Eingabe über eine Benutzer-Schnittstelle der Komponente CP bereitge stellt werden. Die Komponente CP kann den zweiten Testparame tersatz P2 (nach bestimmten Vorgaben) auch automatisch gene rieren.

Der zweite Testparametersatz P2 unterscheidet sich von dem ersten Testparametersatz PI, sodass sich daraus generierte Test-Kompensationssignale unterscheiden. Vorzugsweise besteht der zweite Testparametersatz P2 aus den in Schritten S1 bis S4 ermittelten Kompensationsparametern PI*.

In Schritt S6 führt die Komponente CP den ersten Testparame tersatz PI der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE zu und ver anlasst diese, dasselbe Messszenario aber anhand des zweiten Testparametersatzes P2 durchzuführen (zweite Messung). Der zweite Testparametersatz P2 kann beispielsweise aus den er mittelten Kompensationsparametern PI* bestehen.

Falls notwendig kann die Komponente CP der Servoantrieb- Regeleinrichtung SRE auch die Sollwerte SW zuführen oder das Durchführen des Messszenarios durch ein einfaches Signal an die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE, z.B. wie oben erwähnt, durch ein boolesches Signal anstoßen und/oder stoppen.

Die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE, vorzugsweise das Reib kompensationsmodul RKM der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE generiert aus dem zweiten Testparametersatz P2 ein zweites Test-Kompensationssignal K2. Anschließend führt die Servoan trieb-Regeleinrichtung SRE das Messszenario durch, bei dem der zweite Testparametersatz P2 verwendet wird. Dabei erhält die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE ein zweites Messsignal MSI als Rückmeldung von der Werkzeugmaschine WZM.

Anschließend kann die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE das zweite Messsignal MSI der Komponente CP der Recheneinrichtung RE zuführen.

In Schritt S7 kann die Recheneinrichtung RE aus dem zweiten Messsignal MS2 ein zweites Folgefehlersignal berechnen.

Basierend auf den beiden Test-Kompensationssignalen Kl, K2 und den beiden Fehlersignalen ermittelt die Komponente CP ein Übertragungsverhaltensmodell Gi _dent/ wobei das Übertragungs verhaltensmodell Gi _dent ein Übertragungsverhalten beziehungs weise eine Beziehung zwischen einem Kompensationssignal K(t) (als Eingangssignal) und einem Fehlersignal e(t) (als Aus gangssignal) beschreibt (siehe FIG 6).

Das Übertragungsverhaltensmodell Gi _dent kann beispielsweise durch ein geeignetes Identifikationsverfahren für dynamische Systeme bestimmt werden.

In einer Ausführungsform kann ein multiplikativer Zusammen hang zwischen dem Übertragungsverhaltensmodell und der oben betrachteten Übertragungsfunktion des geschlossenen Lagere gelkreises bestehen.

Beispielsweise kann die Berechnung/Bestimmung des Übertra gungsverhaltensmodells Gi _dent wie folgt erfolgen. Zunächst wird ein Differenzsignal vKompDiff (t) zwischen dem ersten Kompensationssignal Kl und dem zweiten Kompensationssignal K2 berechnet. Danach erfolgt eine Berechnung des Differenzsig nals eXDiff(t) zwischen dem ersten Messsignal MSI und dem zweiten Messsignal MS2, die beispielsweise als Ist-Positions- signale ausgebildet sind, oder eine Berechnung einer Diffe renz zwischen dem ersten und dem zweiten Fehlersignal. An schließend kann das Übertragungsverhaltensmodell Gi _dent bei spielsweise mittels eines linearen Least-Sqaures-Verfahrens für ARX-Modell (Autogressive Model with exogenous input) er mittelt werden, wobei die Kompensationssignalendifferenz vKompDiff (t) als Eingangs-Signal und die Mess- oder die Feh- lersignalendifferenz eXDiff(t) als Ausgangs-Signal verwendet wird. Die für das ARX-Modell vorzugebenden Zähler- und Nen ner-Ordnung kann durch die Einstell- beziehungsweise Algo rithmus-Parameter A festgelegt werden.

Auch andere Verfahren zur Bestimmung des Übertragungsverhal tensmodells Gi _dent sind denkbar, die basierend auf zusammenge hörigen Datensätzen oder Messungen des zeitlichen Verlaufs der Eingangs- und Ausgangssignale eines dynamischen Systems Struktur und Parameter eines geeigneten mathematischen Mo dells, welches das statische und/oder dynamische Verhalten des untersuchten Systems hinreichend genau beschreibt.

Das Übertragungsverhaltensmodell Gi _dent kann beispielsweise als eine zeitdiskrete Übertragungsfunktion ausgebildet sein.

In Schritt S8 werden die Kompensationsparameter P2* anhand des Übertragungsverhaltensmodells Gi _dent ermittelt.

Dabei kann eine Minimierung eines Gütewerts erfolgen, welcher sich sowohl auf das erste Fehlersignal, z.B. eX(t), als auch auf ein simuliertes Fehlersignal bezieht, wobei das simulier te Fehlersignal durch Anwenden des Übertragungsverhaltensmo dells Gi _dent auf einen (variierbaren) Kompensationsverlauf er halten wird. Durch Variieren der den Kompensationsverlauf de- finierenden Parameter wird angestrebt, das simulierte Fehler signal mit dem ersten Fehlersignal in Deckung zu bringen.

Wie bereits erwähnt, ist die Optimierung nicht auf das erste Fehlersignal als Ziel beschränkt. Im Allgemeinen kann ein Gü tewert, der sich auf ein vorgegebenes Fehlersignal und auf ein simuliertes (Fehler-)Signal bezieht, optimiert werden. Dabei wird, um das simulierte (Fehler-)Signal zu erhalten, das Übertragungsverhaltensmodell Gi _dent auf einen (beliebigen) Kompensationsverlauf angewandt. Das simulierte (Fehler-)Sig nal bildet somit den Anfangspunkt für die Optimierung. Als vorgegebenes Fehlersignal kann das erste oder auch das zweite Fehlersignal verwendet werden. Die Verwendung des ersten Feh lersignals kann allerdings zu besseren Ergebnissen führen.

Mit anderen Worten können die Kompensationsparameter P2* an hand des Übertragungsverhaltensmodells Gi _dent wie folgt ermit telt werden (z.B. die Komponente CP kann dies durchführen). Zunächst wird aus beliebigen Kompensationsparametern (An fangswerte für die Optimierung) ein Kompensationsverlauf er zeugt. Anschließend wird dieser Kompensationsverlauf als Ein gang des Übertragungsverhaltensmodells Gi _dent verwendet, um das simulierte Fehlersignal zu erzeugen. In einem weiteren Schritt wird ein Gütewert, der sich auf eine Differenz zwi schen dem simulierten und dem ersten Fehlersignal bezieht, durch Variieren der Kompensationsparameter minimiert. Zur Be stimmung des Gütewerts aus dem simulierten und dem ersten Fehlersignal kann z.B. eine p-Norm bezogen auf ein vorgegebe nes Zeitfenster nach Auftreten des Umkehrpunkts verwendet werden. Beispielsweise kann eine 4-Norm der Differenz zwi schen Gi _dent (vK (t)) und eX(t) innerhalb eines Zeitraums von 400 ms nach Auftreten eines Umkehrpunkts minimiert werden.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Simulation Gident{vK (t)}, die die reale Messung, welche mindestens die Dauer zwi schen zwei Umkehrpunkten (im Sekundenbereich, z.B. ca. 30 Se kunden) umfasst, ersetzt, in wenigen Milli-Sekunden abge schlossen ist. Es ist auch denkbar, eine andere p-Norm mit p E I, p > 1 zu verwenden.

Eine getrennte Betrachtung (die Ermittlung des Übertragungs verhaltensmodells Gi _dent und die nachfolgende Optimierung) der beiden Umkehrpunkte in den Zeitintervallen T_UP1 und T_UP2 ist vorteilhaft.

Die Operation Gi _dent (vK (t)) beschreibt z.B. die aus dem Kom pensationssignal vK (t) und dem identifizierten Übertragungs verhalten Gi _dent berechnete Ausgangsgröße. Gi _dent (vK (t)) lässt sich beispielsweise durch ein numerisches Simulationsverfah ren bestimmen. Für die Übertragungsfunktion Gi _dent lässt sich beispielsweise eine lineare Differenzengleichung angeben, aus welcher sich Gident(vK (t)) unmittelbar bestimmen lässt.

Startzustände bzw. unbekannte Vergangenheitswerte der Folge vK(t) können gleich null gesetzt werden.

Als Optimierungsverfahren zur Ermittlung der Kompensationspa rameter P2* kann beispielsweise ein iteratives nichtlineares gradientenbasiertes Verfahren verwendet werden.

Als Startwerte der Optimierung können dabei die vorgenannten anhand nur einer Messung ermittelten Parameterwerte PI* ver wendet werden.

Die Suchrichtung kann nach einem Quasi-Netwon-Verfahren be stimmt werden.

Der für das Quasi-Newton-Verfahren notwendige Gradient des Gütewerts bezüglich der Optimierungsvariablen (der Kompensa tionsparameter) kann an jedem Iterationspunkt auf Basis einer analytischen Berechnungsvorschrift ermittelt werden.

Die Schrittweite des Iterationsschritts kann mit einem itera tiven eindimensionalen Suchverfahren auf Basis des goldenen Schnitts bestimmt werden. Das Optimierungsverfahren kann Ungleichungsbeschränkungen be züglich der Optimierungsvariablen berücksichtigen.

Als Abbruchbedingung für die Optimierung können verschiedene Kriterien, u.a. ein Grenzwert für die maximale Anzahl an Ite rationen und ein Toleranzkriterium für die Gütewert-Verbesse rung, verwendet werden.

In Schritt S9 kann die Komponente CP die Servoantrieb-Regel einrichtung SRE dazu veranlassen, den Betriebsvorgang ein weiteres Mal durchzuführen und dabei die anhand des Übertra gungsverhaltensmodells Gi _dent ermittelten Kompensationsparame ter P2* zu verwenden. Dabei generiert die Servoantrieb-Regel einrichtung SRE das entsprechende Kompensationssignal und er hält als Rückmeldung ein drittes Messsignal MS3.

In Schritt S10 kann die Komponente CP basierend auf dem drit ten Messsignal MS3 ein drittes Fehlersignal ermitteln, und das erste, das zweite und das dritte Fehlersignale verglei chen, um jene Kompensationsparameter zu wählen, welche zu dem geringsten Fehlersignal führen.

Ein Beispiel eines Ergebnisses nach Schritt S10 ist in FIG 7 veranschaulicht. In FIG 7 sind beispielhaft unterschiedliche Fehlersignale eXO, eXS, eXl, eX2 für eine translatorische Vorschubachse gezeigt, wobei eXO das erste Fehlersignal ist, welches beispielsweise aus einer nicht vorhandenen Kompensa tion resultiert (Kompensationssignal = 0), eXS ein Fehlersig nal mit einer Kompensation nach dem Stand der Technik, eXl das zweite Fehlersignal und eX2 das dritte Fehlersignal, das, wie in Schritt S10 beschrieben, hinsichtlich des zweiten und des ersten Fehlersignals korrigiert wurde.

Der Verlauf der Kompensation kann ferner von der Achssteilung der Maschine abhängen. Deshalb kann es zweckmäßig sein, wenn die Parameter P, die Testparameter PI, P2 und die Kompensati onsparameter PI*, P2* abhängig von der Achssteilung der Ma schine ermittelt werden, wobei der Vektor X die Position der Maschinenachsen kennzeichnet. Z.B. können die Parameter Ämp, Tt, Th, Td der entsprechenden Parametersätze von X abhängen. Insbesondere bei Abhängigkeiten von der Achssteilung X ist eine schnelle automatisierte Ermittlung der achsstellungsab- hängigen Parameter von hoher Bedeutung.

FIG 8 zeigt ein Flussdiagram, welches ein Verfahren für zu standsabhängige Wartung und/oder für Adaption an geändertes Systemverhalten veranschaulicht. Dabei wird ein Regelziel, beispielsweise die Werkzeugmaschine WZM überwacht. Das Regel ziel wird im Betrieb von einer Servoantrieb-Regeleinrichtung, beispielsweise von der oben beschriebenen Servoantrieb-Regel einrichtung SRE geregelt. Die Servoantrieb-Regeleinrichtung kann beispielsweise eine lagegeregelte Vorschubachse der Werkzeugmaschine regeln (s.o.). Die Servoantrieb-Regelein richtung ist dazu eingerichtet, beim Auftreten einer Störung in dem Regelziel anhand von (vorangestellten) Kompensations parametern ein Kompensationssignal zu generieren, um die Stö rung zu kompensieren.

Während der Überwachung des Regelziels, beispielsweise der Maschinenachse, wird das oben beschriebene Verfahren zur Er mittlung von den (optimierten) Kompensationsparametern PI*, P2* ereignisgetriggert bzw. eventgesteuert und/oder in perio dischen Zeitabständen ausgeführt - Schritt Ml.

Anschließend - in Schritt M2 - werden die optimierten Kompen sationsparameter PI* oder P2* mit den (vorangestellten) Kom pensationsparametern verglichen.

Beim Vorliegen einer einen vordefinierten Wert (z.B. eine 10% Über- oder Unterschreitung bei Amp, Th, Tt, Td oder eines Gü tewerts J) übersteigenden Abweichung der Kompensationsparame ter von den optimierten Kompensationsparametern PI* oder P2* wird eine entsprechende Warnung ausgegeben - Schritt M41.

Diese Warnung kann anschließend von dem Bedienpersonal über prüft werden. Die Warnung kann auch eine Option zur Übernahme enthalten. Mit oder ohne diese Option können die optimierten Kompensationsparameter PI* oder P2* übernommen werden und die alten Parameter ersetzen - Schritt M42.

Die optimierten Kompensationsparameter PI* oder P2* können z.B. durch die Komponente CP auf der Recheneinrichtung RE oder auf der Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE oder auch ir gendwo sonst, z.B. in einer Cloud gespeichert werden.

Nach einer Übernahme der optimierten Kompensationsparameter PI* oder P2* kann die Servoantrieb-Regeleinrichtung SRE die Kompensation aufgrund dieser Parameter ausführen.

Dadurch kann eine Adaption an geändertes Systemerhalten und/oder Reibverhältnisse erfolgen.

Der Vergleich der Kompensationsparameter kann beispielsweise basierend auf entsprechenden Normgrößen, z.B. auf der vorge nannten p-Norm, und Toleranzwerten erfolgen.

Das Auslösen des Verfahrens zur Ermittlung von den optimier ten Kompensationsparametern PI*, P2* kann beispielsweise nach definiertem Qualitätskriterium bei Referenzfahrt (z.B. Kreis formtest) oder bei regulärem Maschinen-Betrieb und Teilebear beitung erfolgen (eventgetriggerte Auslösung). Ein solches Kriterium kann beispielsweise eine erhöhte Soll-Ist-Wert-Ab- weichung an den Achs-Umkehrpunkten. Es ist auch denkbar, dass das Verfahren in bestimmten Zeitintervallen, z.B. wöchentlich durchgeführt wird.

Das Verfahren zur Ermittlung von den optimierten Kompensati onsparametern PI*, P2* kann ebenfalls bei Verschleißanalyse- Verfahren, anderen Wartungsverfahren, Condition-Monitoring- Verfahren benutzt werden.

Ist die ursprünglich eingestellte Kompensation immer noch gültig, d.h. die Unterschiede zwischen den (voreingestellten) Kompensationsparametern und den optimierten Kompensationspa- rametern sind (gemäß definierten Normgrößen, z.B. p-Norm, und Toleranzwerten) geringfügig, kann das System unverändert bleiben und die Kompensationsparameter PI*, P2* werden nicht übernommen - Schritt M3.

In Schritt M5 kann eine Speicherung von Zwischenwerten, Kom pensationswerten, Gütemaßen beispielsweise zur Trenderkennung und zur weiteren Analyse erfolgen. Obwohl die Erfindung im Detail durch Ausführungsbeispiele nä her illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Variati onen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, zu verlassen. Insbesondere können die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Merkmale auch bei dem gezeigten System von Einrichtungen und Vorrichtungen zum Einsatz kommen bzw. diese vervollständigen und vice versa.

Zusammenfassend wird in dieser Offenbarung ein Verfahren vor gestellt, das im Rahmen eines Inbetriebnahme-Programms (PC- oder HMI-basiert) eine schnelle und im Sinn der Positionier güte gute Wahl der Kompensationsparameter der oben beschrie- benen Kompensation, insbesondere Reibkompensation erlaubt.