DD232790A1

DD232790A1 - Anordnung zur drehzahlregelung von gleichstrommotoren mit reproduzierbar veraenderlicher belastung

Info

Publication number: DD232790A1
Application number: DD26780484A
Authority: DD
Inventors: Achim Seider
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1984-10-01
Filing date: 1984-10-01
Publication date: 1986-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren mit reproduzierbar veraenderlicher Belastung, die bei Positionier- bzw. drehzahlgeregelten Antrieben verwendet wird. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Gleichlaufverhaltens, speziell bei niedrigen Drehzahlen. Aufgabengemaess sollen reproduzierbare Lastmomente des Motors mit geringem Aufwand sowie mit hoher Genauigkeit und Dynamik kompensiert werden. Erfindungsgemaess sind die Lastmomente des Motors bzw. ihnen proportionale Korrekturgroessen fuer jede aufloesbare durch einen Zaehler abgefragte Winkelstellung des Rotors gespeichert. Der Zaehlerstand bestimmt dabei die Adresswahl des Speichers, dessen jeweils ausgegebene Korrekturgroesse nach DA-Wandlung einem Stromregler zur Drehzahlregelung aufgepraegt wird. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren mit reproduzierbar veränderlicher Belastung

Anwendung findet die Erfindung bei Positionier- bzw drehzahlgeregelten Antrieben mit sich periodisch wiederholender Belastung an der Motorwelle, insbesondere bei Gleichstrommotoren mit ausgeprägtem Nutpulsationsmoment

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Gleichstrommotoren mit ausgeprägtem Nutpulsationsmoment oder ahnlicher Lastmornentv.erlaufen sind fur hochprazise Antriebe ohne Kompensation dieser Lastmomente nicht geeignet, da diese Momentstorgroßen besonders bei geringen Drehzahlen starke Drehzahlschwankungen verursachen

Es ist allgemein bekannt („Grundlagen der elektrischen Antrieöstechnik ',J Vogel, Verlag Technik Berlin 1977) die Drehzahl von Motoren über inkremental Geber am Motor zu erfassen, gegebenenfalls über Zahler auszuwerten und die Meßwertinformation als istwert einem Pl-Drehzahlregier zuzuleiten Die digital/analog gewandelte Ausgangsgroße des Reglers beeinflußt über einen Stromregler das Moment und damit die Drehzahl des Motors Bedingt durch mechanische Resonanzstellen im Motor, einschließlich der Getriebemittel ist das Reaktionsvermögen dieser Drehzahlregelung auf schnelle Lastschwankungen begrenzt Insbesondere fur Motoren mit dem besagten Nutpulsationsmoment ist mit diesem Regelungspnnzip die Drehzahlschwankung, speziell bei geringen Drehzahlen nicht ausregelbar

Eine schrage Nutung im Laufer des Gleichstrommotors verringert zwar das Nutpulsationsmoment, erfordert jedoch einen entsprechend hohen Fertigungsaufwand bei der Herstellung Außerdem stehen nicht in jedem Fall der Anwendung Motoren mit schräger Laufernutung zur Verfugung

Es ist weiter bekannt (z B DE-AS 2 337 722), fur eine Kompensation von am Motor auftretenden Lastmomenten mit einem Sensor das Drehmoment an der Motorwelle zu messen Dabei wird neben dem statischen Lastmoment auch das Beschleunigungsmoment erfaßt, was zu Fehlern bei derStorgroßenaufpragung auf einen Stromreglerfuhrt Die Genauigkeit der Korrektur ist unbefriedigend

Außerdem ist bekannt (z B DE OS 1 931 322), aus dem Ankerstrom des Motors und der Beschleunigung einen lastproportionalen Aufpragewertfur einen Stromreglerzu gewinnen Das Beschleunigungsmoment wird dabei durch Differentiation der Spannung eines auf der Motorwelle befindlichen Tachogenerators gebildet Störungen fuhren bei der Differentiation allerdings zu Fehlern, die diesen Aufpragewert verfalschen

Zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Kompensation der Lastmomente ist es ferner bekannt (DE-OS 2 802 224), das Lastmoment durch einen Beobachter zu berechnen, der durch Motorstrom und -geschwindigkeit gefuhrt wird Der Motor wird dabei relativ aufwendig elektronisch nachgebildet (Operationsverstarkerschaltungen oder Rechner) Die Lastmomente können zwar mit dieser Anordnung sehr genau zur Korrekturwertbildung ermittelt werden, aber eine exakte Kompensation ist nur augenblicklich ohne Phasenverschiebung bei entsprechend geringer Korrekturzeit möglich

Hierfür ist die Kompensationsanordnung nicht hinreichend schnell, so daß eine unzulängliche Dynamik, besonders bei schneller Beiastungsanderung die Folge ist Darüber hinaus ist der Schaltungsaufwand relativ hoch

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Gleichlaufverhaltens, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und Verringerung des technisch-ökonomischen Aufwandes

-2- 678 04

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die Motordrehzahl beeinflussende Kompensation reproduzierbarer Lastmomente des Motors mit hoher Genauigkeit und Dynamik und mit möglichst geringem technisch-ökonomischen Aufwand zu schaffen

Erfmdungsgemaß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren mit reproduzierbar veränderlicher Belastung, bei der über einen an der Welle des Gleichstrommotors angebrachten inkrementalen Winkelgeber und über einen an diesen angeschlossenen Zahler sowie über einen DA-Wandler ein Aufpragewert fur einen Stromregler ermittelt wird, der über eine Leistungsstufe elektrisch mit dem Gleichstrommotor in Verbindung steht, dadurch gelost, daß der Zahler zur Erfassung der Winkellage des Rotors ausgangsseitig an Adreßeingange eines Speichers angeschlossen ist, des fur jedes Winkelinkrement des Gleichstrommotors einen zugeordneten Speicherplatz mit einem eingeschriebenen, dem Lastmoment des jeweiligen Rotorwinkels des Gleichstrommotors proportionalen, Korrekturwert besitzt und dessen Ausgang mit dem Eingang des DA-Wandlers in Verbindung steht

Der an den inkrementalen Winkelgeber angeschlossene Zahler ermittelt nicht, wie herkömmlich, den Istwert fur den Drehzahlregler, sondern er dient zur Erfassung der Winkellage des Rotors Jedem Zahlwert ist ein Speicherplatz des nachfolgenden Speichers zugeordnet, in den fur jeden Zahlerstand und damit fur jede Winkellage des Rotors ein dem jeweiligen Lastmoment dieser Winkellage proportionaler Korrekturwert eingeschrieben ist Zur Programmierung des Speichers werden diese den jeweiligen Winkellagen entsprechenden reproduzierbaren und damit bekannten Lastmomente ermittelt und daraus die jeweiligen Korrekturwerte fur das Einschreiben in den Speicher gewonnen Der jeweils am Ausgang des Speichers ausgegebene vom Rotorwinkel des Motors abhangige Korrekturwert wird unmittelbar digital/analog gewandelt und als Aufpragewertfurden Nennstrom zur Steuerung der Drehzahl dem Stromregler zugeführt Der Zahlumfang des Zahlers ist gleich der Anzahl der Impulse, die der inkremental Geber wahrend einer Penode des Lastmomentes (z B eine volle Umdrehung des Rotors vom Gleichstrommotor abgibt

Mitdererfindungsgemaßen Anordnung werden somit die reproduzierbaren rotorwinkelabhangigen Lastmomente (die bekannt bzw ermittelbar sind) fur jede Winkelstellung im Echtzeitbetrieb sehr genau erfaßt und ohne Phasenverschiebungen (wie sie beispielsweise bei Rechenoperationen unvermeidlich sind) und verzögernde Signallaufzeiten sofort zu einer Korrekturgroße fur die Stromsteuerung zur Drehzahlregelung verarbeitet Damit ist die Kompensation der Lastmomente auch fur sich schnell ändernde reproduzierbare Lastbedingungen sehr exakt (hohe Dynamik)

Ausfuhrungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert werden Es zeigen

Fig 1 Erfmdungsgemaße Anordnung in Hardwareausfuhrung Fig 2 Rechnergestutzte Anordnung zur Drehzahlregelung

In Fig 1 ist eine reine Hardwareausfuhrung der erfindungsgemaßen Anordnung dargestellt An einem Eingang E liegt Solldrehzahl n_SO|i an, die über eine Additionsstelle 1 an einen Pl-Drehzahlregelverstarker 2 zur Einstellung eines der Differenz aus Soll- und Istdrehzahl entsprechenden Stromes i_son gelangen, der über eine Additionssteile 3 in einen Stromregelverstarker 4 eingespeist wird Der Ausgangsstrom des Pl-Drehzahlregelverstarkers 4 speist über eine Leistungsstufe 5 mit einer Stromruckfuhrung fur den Iststrom ι _s, auf die Additionssteile 3 einen Gleichstrommotor 6, an dessen Rotorwelle 7 ein inkrementaler Winkelgeber 8 angeordnet ist Der Ausgang des inkrementalen Winkelgebers 8 ist zur Signalisierung der Istdrehzahl n_lst auf die Additionsstelle 1 ruckgefuhrt Die beschriebene Anordnung bildet einen an sich bekannten Drehzahlregelkreis zur Einstellung der Motordrehzahl mit unterlagertem Stromregler Auf die Funktion eines derartigen Regelkreises, die hinreichend bekannt ist, soll nicht weiter eingegangen werden Zusätzlich ist der Ausgang des inkrementalen Gebers 8 mit dem Eingang eines Zahlers 9 verbunden, der ausgangsseitig Adreßeingange eines Speichers 10 ansteuert Der Ausgang des Speichers 10 steht über einen DA-Wandler 11 mit der Additionsstelle 3 in Verbindung Der Zahlumfang des Zahlers 9 entspricht der Impulsanzahl, die der inkremental Geber 8 wahrend einer Lastmomentpenode abgibt Der Zahler 9 bildet die Adresse fur den Speicher 10 mit der gleichen Anzahl an Speicherplatzen Jeder Speicherplatz ist dadurch einem Winkelinkrement an der Rotorwelle 7 zugeordnet Der Speicher 10 ist mit Informationen beschrieben, die den zu den jeweiligen Rotorwinkeln gehörenden Lastmomenten proportional sind Diese Information wird jeweils nach DA-Wandlung dem Eingang des besagten Stromreglers zugeführt In Fig 2 gelangt die Information der Solldrehzahl n_soi| über den Eingang E an einen Einchipmikrorechner 12, der über den DA-Wandler 11 mit dem Eingang des Stromreglers (bestehend aus Additionsstelle 3, Stromregelverstarker 4 und Leistungsstufe 5) in Verbindung steht Der Zahler 9 zahlt die Impulse des auf der Rotorwelle 7 des Gleichstrommotors 6 angeordneten inkrementalen Gebers Der Rechner fragt den Zahler 9 in einem festen Taktregime ab und errechnet durch Differenzbildung der Zahlerstande die Motorgeschwindigkeit und die Zahlimpulse fur einen softwaremaßig realisierten Positionszahler Dieser Zahler steuert entsprechend seines Zahlerstandes die Adreßwahl eines im Einchipmikrorechner 12 integrierten Speichers, in dem wie im ersten Beispiel die Momentkorrekturwerte enthalten sind Im Einchiprechner wird ein Pl-Drehzahlalgonthmus realisiert, der also auch eine Positionierung der Rotorwe Ie 7 ermöglicht Beim Einschulten des Antriebes erfolgt ein einmaliger Tebtlauf, der den Motor an η aufeinanderfolgenden Stellen positioniert An jeder Stelle wird der Stromwert I_n im Einchipmikrorechner 12 abgespeichert, der zum Halten der Position notwendig ist und genau dem momentanen Lastmoment entspricht Der Positionszahler, der softwaremaßig realisiert ist, besitzt η Zustande, wird beim Einschalten genullt und zeigt standig die aktuelle Position der Rotorwelle 7 an Eine Anzahl von η Impulsen des inkrementalen Gebers 8 stellt diesen Zahler jeweils um eine Position weiter Das Produkt m η Impulse bildet einen Winkelwert der Rotorwelle 7, der genau einer Lastmomentperiode des Gleichstrommotors 6 entspricht

Nach dem Testlauf bearbeitet der Pl-Drehzahlregler des Einchipmikrorechners 12 die anliegenden Drehzahlsollwerte Zum Stromsollwert aus dem Pl-Drehzahlalgonthmus werden jetzt (wie prinzipiell im Ausfuhrungsbeispiel 1 beschrieben) die vorher abgespeicherten Stromwerte I_n entsprechend der Stellung des Positionszahlers addiert

Claims

-1- 678 04

Patentanspruch

Anordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren mit reproduzierbar veränderlicher Belastung, bei der über einen an der Welle des Gleichstrommotors angebrachten inkrementalen Winkelgeber und über einen an diesen angeschlossenen Zahler sowie über einen DA-Wandler ei η Aufpragewert fur einen Strom regler ermittelt wird, der über eine Leistungsstufe elektrisch mit dem Gleichstrommotor in Verbindung steht, gekennzeichnet dadurch, daß der Zahler zur Erfassung der Winkellage des Rotors ausgangsseitig an Adreßeingange eines Speichers angeschlossen ist, der fur jedes Winkelinkrement des Gleichstrommotors einen zugeordneten Speicherplatz mit einem eingeschriebenen, dem Lastmoment des jeweiligen Rotorwinkels des Gleichstrommotors proportionalen, Korrekturwert besitzt und dessen Ausgang mit dem Eingang des DA-Wandlers in Verbindung steht

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