ES2347500T3 - Procedimiento de regulacion y dispositivo de regulacion con retroalimentacion multicanal. - Google Patents
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Abstract
- Procedimiento de regulación que comprende los pasos: - establecimiento de una primera magnitud de retroalimentación (r1), - establecimiento de una primera desviación de regulación (e1) mediante una comparación de la primera magnitud de retroalimentación (r1) con una magnitud de guiado (w), - formación de una primera magnitud de salida de regulador individual (m1) a partir de la primera desviación de regulación (e1) con ayuda de un primer regulador (31), - establecimiento de una segunda magnitud de retroalimentación (r2), - establecimiento de una segunda desviación de regulación (e2) mediante una comparación de la segunda magnitud de retroalimentación (r2) con la magnitud de guiado (w), - formación de una segunda magnitud de salida de regulador individual (m2) a partir de la segunda desviación de regulación (e2) con ayuda de un segundo regulador (32), - formación de una magnitud de salida de regulador (m) a partir de las dos magnitudes de salida de regulador individual (m1, m2), y - utilización de la magnitud de salida de regulador (m) para ajustar la magnitud de regulación (x), de tal modo que la magnitud de regulación (x) sigue la magnitud de guiado (w), caracterizado porque la primera magnitud de retroalimentación (r1) se establece mediante la exploración de una magnitud de regulación (x) con una frecuencia de exploración (fA), en donde el valor real (xist) de la magnitud de regulación (x) se detecta en cada caso en un momento (t1, t2, t3, t4) determinado por la frecuencia de exploración (fA), y la segunda magnitud de retroalimentación (r2) mediante el promediado de la magnitud de regulación (x), en donde el valor real (xist) de la magnitud de regulación (x) se detecta durante un periodo de tiempo (Ts) y a partir del mismo se forma un valor medio (xint).
Description
Procedimiento de regulación y dispositivo de
regulación con retroalimentación multicanal.
La invención se refiere a un procedimiento de
regulación, en especial un procedimiento de regulación de corriente
para cargas inductivas, como p.ej. servomotores. El comportamiento
de regulación destaca por una valoración mono- o multicanal de la
magnitud de regulación, con la que puede materializarse una
regulación rápida y precisa. La regulación materializada de forma
preferida con ayuda de la modulación por anchura de impulso presenta
una elevada supresión de parásitos y al mismo tiempo una elevada
anchura de banda. La invención se refiere también a un dispositivo
de regulación correspondiente con una retroalimentación bi- o
multicanal.
Muchos procesos técnicos exigen el mantenimiento
de una magnitud de regulación en un valor nominal prefijado
mediante una magnitud de guiado. Para esto se utilizan sistemas de
regulación en los que la magnitud de regulación es detectada de
forma continuada, comparada con la magnitud de guiado y adaptada,
dependiendo de esta comparación a través de un ajuste
correspondiente de una magnitud de ajuste en el sentido de una
nivelación, a la magnitud de guiado. El desarrollo de actuación de
aquí resultante tiene lugar en un circuito cerrado. Dependiendo de
la aplicación respectiva entran en cuestión como magnitud de
regulación diferentes magnitudes físicas, p.ej. presión,
temperatura, número de revoluciones, velocidad, tensión, intensidad
de corriente, etc. A este respecto pueden ser muy diferentes los
componentes característicos para un circuito de regulación cerrado y
necesarios para el desarrollo de actuación, p.ej. dispositivo de
medición, comparación, regulación o ajuste según la aplicación.
Aparte de unas pocas excepciones se materializan los sistemas de
regulación modernos casi exclusivamente por técnica de conmutación.
Esto se refiere sobre todo a sistemas de regulación complejos. El
abanico de estos sistemas de regulación va a este respecto desde
circuitos de regulación analógicos sencillos a reguladores
digitales. Aparte de una solución por técnica de conmutación puede
materializarse un algoritmo de regulación digital también en forma
de un programa, que se desarrolla en un microprocesador o en un
módulo programable (FP-GA). A causa del tratamiento
digital de señales y la capacidad de modificación ligada al mismo,
el regulador digital es especialmente adecuado para tareas de
regulación más complejas, en las que se trata de conseguir una
precisión especialmente elevada y parámetros reproducibles con
exactitud.
En el caso de los reguladores puede
diferenciarse entre otras cosas entre reguladores continuos y
reguladores de exploración. Un regulador continuo normal lo
representa un regulador analógico. Debido a que el algoritmo de
regulación analógico puede reaccionar prácticamente sin retardos a
modificaciones de la magnitud de entrada y puede aplicar una
magnitud de salida correspondiente a su salida, la magnitud de
entrada y la de salida de este tipo de regulador se componen, de
forma característica, de señales continuas. A diferencia de esto se
trata en el caso de un regulador digital de un regulador de
exploración. Su función de transmisión se materializa mediante una
secuencia de operaciones aritméticas, que se llevan acabo
consecutivamente. A causa del tiempo de cálculo necesario para el
algoritmo de regulación digital se produce un retraso de tiempo
entre la detección de la magnitud de entrada y la emisión de la
magnitud de salida. Debido a que durante la realización del
algoritmo de regulación no tienen lugar normalmente ninguna
detección y ningún cálculo renovados de la magnitud de entrada, la
magnitud de regulación no se detecta continuamente, sino sólo en
determinados momentos de exploración. En consecuencia la
exploración digital envía señales discontinuas, discretas en el
tiempo, en donde la magnitud de señal sólo se presenta en momentos
discretos. El tiempo entre dos momentos de exploración consecutivos
(duración de ciclo T_{A}) determina la velocidad de exploración o
la frecuencia de exploración f_{A}. Una velocidad de exploración
elevada es necesaria para poder detectar incluso porcentajes de
señal de alta frecuencia de la magnitud de regulación. El límite
superior de la velocidad de exploración, característico de un
regulador digital, está determinado principalmente por el tiempo de
cálculo necesario para el algoritmo de cálculo. De este modo
depende de la velocidad de cálculo del microprocesador,
microcontrolador o FPGA utilizado.
Para materializar un sistema de regulación se
necesitan reguladores que presentan un comportamiento de regulación
cortado según la aplicación respectiva. Para esto existe una serie
de elementos de regulación sencillos, cuyas propiedades de
regulación características pueden describirse en cada caso mediante
funciones de transmisiones elementales. Mediante la combinación de
varios de estos elementos de regulación pueden estructurarse
reguladores más complejos, cuyo comportamiento de regulación puede
adaptarse mejor a las prefijaciones de la aplicación
respectiva.
Una combinación normal de reguladores está
representada p.ej. por el regulador PI. Este tipo de regulador
comprende un regulador proporcional y un regulador integral
conectado al mismo en paralelo. Mientras que el elemento
proporcional multiplica el valor de entrada por un factor fijo, el
elemento integral realiza una integración en el tiempo
parametrizable de la desviación de regulación. El regulador
proporcional relativamente rápido forma a este respecto un buen
complemento del regulador integral, que responde sobre todo a
desviaciones de regulación de mayor permanencia. Debido a que el
regulador PI reúne en sí mismo las particularidades de regulación
de sus dos componentes, puede tanto reaccionar de forma
relativamente rápida a modificaciones de la magnitud de regulación
o guiado como llevar a cero, de forma estacionaria, pequeñas
desviaciones de regulación estáticas. Un comportamiento de
regulación de este tipo es deseable en muchas aplicaciones técnicas,
lo que representa a veces la causa de una amplia extensión de este
tipo de regulación.
Un campo de aplicación muy importante del
regulador PI está representado por la regulación de corriente de
accionamientos eléctricos. Estos accionamientos presentan como
componente central un motor eléctrico, que como convertidor de
energía transforma la energía eléctrica alimentada al mismo en
energía mecánica. La energía mecánica la pone a disposición un
motor rotatorio como movimiento giratorio sobre un árbol motorizado,
mientras que un motor lineal pone a disposición la misma como
traslación sobre un carro móvil. A este respecto se produce, en
dependencia de la energía eléctrica alimentada, sobre el árbol
motorizado o sobre el carro motorizado un determinado par de giro o
una fuerza determinada, tras lo cual el árbol motorizado o el carro
motorizado realiza un movimiento en dependencia de las
contrafuerzas activas. Para controlar este movimiento, el
accionamiento eléctrico presenta un dispositivo de regulación de
corriente, que forma un circuito de regulación central de un
control de accionamiento. Con ayuda del dispositivo de regulación de
corriente, instalado de forma preferida sobre un regulador PI, se
influye directamente en la corriente que fluye a través del devanado
del motor y de este modo en la energía mecánica que entrega el
motor eléctrico. Para dividir en partes la energía eléctrica
alimentada al motor eléctrico se utiliza un dispositivo de ajuste.
Con su ayuda es posible ajustar las fuerzas que actúan sobre el
árbol motorizado o sobre el carro motorizado, de forma
correspondiente al preajuste del regulador PI. Los dispositivos de
ajuste de los modernos accionamientos eléctricos utilizan
semiconductores de potencia, como p.ej. transistores de potencia, a
través de los cuales puede conectarse y desconectarse la
alimentación de energía eléctrica al motor.
Los accionamientos regulados por posición y en
especial los servoaccionamientos usados en la fabricación industrial
necesitan una regulación de corriente muy precisa, para poder
controlar con precisión el par de giro o la fuerza y el movimiento
del servomotor de ello resultante. Una regulación de corriente
rápida y precisa es además necesaria para una elevada rigidez del
accionamiento y elevados reforzamientos de circuito de un circuito
de regulación del número de revoluciones superpuesto. Con ayuda de
una regulación de corriente precisa pueden usarse también
eficientemente controles previos. Los errores de corriente o de par
de giro que pudieran producirse no tienen que compensarse después
en primer lugar mediante reguladores del número de revoluciones más
lentos.
Debido a que para una rápida reacción del
circuito de regulación a oscilaciones de la magnitud de regulación
es necesario el conocimiento preciso del actual valor real de la
magnitud de regulación, la velocidad y la precisión de la detección
del valor real son una propiedad extraordinariamente importante del
circuito de regulación. Para la detección del valor real de la
magnitud de regulación pueden utilizarse básicamente diferentes
métodos de medición, en donde los diferentes métodos de medición se
diferencian en parte claramente con relación a su precisión y
velocidad. Aparte de la detección continua de magnitudes de
regulación, que es característica sobre todo de los reguladores
analógicos, la magnitud de regulación puede detectarse también
discontinuamente con ayuda de un procedimiento de exploración. En
especial en el caso de reguladores digitales, es habitual la
exploración de la magnitud de regulación con una frecuencia de
exploración prefijada mediante el ritmo de trabajo del
regulador.
Para explorar la magnitud de regulación es
necesario sin embargo tener en cuenta el teorema de exploración,
para evitar posibles errores de medición a causa de porcentajes de
la señal de medición con frecuencias más elevadas. Para esto
existen varias posibilidades. Por un lado puede limitarse la banda
de la magnitud de regulación con ayuda de un filtro paso bajo
anti-aliasing. Aquí se extraen por filtrado
porcentajes de la señal de medición con alta frecuencia. Sin
embargo, este método no es adecuado para todas las aplicaciones, a
causa del desplazamiento de fase ligado al mismo. Los porcentajes
de frecuencia superior pueden suprimirse además mediante un
promediado de los valores de medición durante un periodo de tiempo
apropiado. Como periodo de tiempo apropiado es especialmente
adecuado, en el caso de un procedimiento de regulación que funcione
con ayuda de una modulación de impulsos, como p.ej. una modulación
en anchura de impulso (PWM), un periodo de conmutación de la
modulación de impulsos. Sin embargo, el tiempo muerto adicional
ligado a la formación del valor medio acarrea también un
desplazamiento de fase indeseado. Por último la magnitud de
regulación puede explorarse, en el caso de un procedimiento de
regulación que use una modulación de impulsos para ajustar la
magnitud de regulación, también sincrónicamente con la modulación
de impulsos. Este método de medición es sin embargo dependiente de
la existencia y del conocimiento de determinados momentos de la
magnitud de regulación sin oscilación superior, lo que hace que sea
también muy sensible a los parásitos.
Del documento WO 2005/111402 A se conocen un
procedimiento de regulación y un dispositivo de regulación con las
particularidades del preámbulo de la reivindicación 1. Otro estado
de la técnica se describe en los documentos US 2006/022657 A1, DE
40 00663 C1, DE 10 2005 023 453 A1 y DE 19961798 A1.
La misión de la invención consiste en
proporcionar un procedimiento de regulación más preciso y un
dispositivo de regulación más preciso.
Esta misión es resuelta mediante un
procedimiento de regulación según la reivindicación 1 y un
dispositivo de regulación según la reivindicación 12. En las
reivindicaciones subordinadas se describen otras formas de
realización ventajosas.
Conforme a la invención está previsto un
procedimiento de regulación, en el que se establece una primera
magnitud de retroalimentación mediante la exploración de una
magnitud de regulación con una determinada frecuencia de
exploración, en donde el valor real de la magnitud de regulación se
detecta en cada caso en un momento, prefijado por la frecuencia de
exploración, y se pone a disposición como primera magnitud de
retroalimentación. A continuación se establece una primera
desviación de regulación mediante una comparación de la primera
magnitud de retroalimentación con una magnitud de guiado. Con ayuda
de un primer regulador se forma después una primera magnitud de
salida de regulador individual a partir de la primera desviación de
regulación. Además de esto se establece una segunda magnitud de
retroalimentación mediante el promediado de la magnitud de
regulación durante un periodo de tiempo, en donde el valor real de
la magnitud de regulación se detecta p.ej. durante todo el ciclo de
exploración y se forma un valor medio de los valores reales
detectados en este periodo de tiempo, que se pone a disposición
como la segunda magnitud de retroalimentación. A continuación se
establece una segunda desviación de regulación mediante una
comparación de la segunda magnitud de retroalimentación con la
magnitud de guiado. De la segunda desviación de regulación así
formada se forma una segunda magnitud de salida de regulador
individual. Por último se forma con la suma de las dos magnitudes de
salida de regulador individual una magnitud de salida de regulador,
que se utiliza para ajustar la magnitud de regulación, de tal modo
que la magnitud de regulación sigue a la magnitud de guiado. A este
respecto es ventajoso que mediante la combinación de los dos
métodos de medición se disponga de dos valores de medición
diferentes del valor real de la magnitud de regulación, que se
diferencien claramente entre sí en cuanto a las propiedades de
precisión y velocidad. Mientras que la exploración entrega valores
de medición muy actuales y con ello hace posible una regulación
rápida sin tiempo muerto adicional, es posible mediante la formación
del valor medio una supresión de parásitos de alta frecuencia y, de
este modo, un valor de medición preciso. Por medio de que ambos
valores de medición se ponen a disposición de dos elementos de
regulación diferentes como magnitudes de retroalimentación aparte,
puede optimizarse el comportamiento de regulación de cada elemento
de regulación individual y con ello también de todo el
regulador.
En una forma de realización ventajosa de la
invención está previsto que la primera magnitud de salida de
regulador individual se forme con ayuda de un regulador
proporcional. Aparte de esto se pretende formar la segunda magnitud
de salida de regulador individual a partir de la segunda desviación
de regulación, con ayuda de un regulador integral. Mediante la
utilización de un regulador proporcional como primer regulador, este
tipo de regulador rápido dispone de la primera desviación de
regulación actual obtenida con ayuda de la exploración. Por el
contrario, el segundo regulador dispone de un valor muy preciso para
la desviación de regulación. En el caso de utilizarse un regulador
integral puede aumentarse todavía más la precisión de este tipo de
regulador. Mediante la optimización de los dos reguladores
individuales pueden aprovecharse las ventajas de ambos reguladores.
El regulador combinado presenta de este modo las ventajas de ambos
métodos de medición/tipos de regulador, en donde los inconvenientes
de los dos métodos de medición/reguladores individuales
fundamentalmente se compensan.
Una forma de realización ventajosa de la
invención prevé que la segunda magnitud de retroalimentación se
establezca mediante una integración del valor real de la magnitud
de regulación durante un periodo de tiempo, p.ej. un periodo de
conmutación PWM. La integración permite una formación del valor
medio especialmente rápida, que además de esto puede materializarse
de forma relativamente sencilla.
En otra forma de realización ventajosa de la
invención se ajusta la magnitud de regulación mediante una magnitud
de ajuste sincronizada con una frecuencia de conmutación. A este
respecto la exploración de la magnitud de regulación se produce a
la frecuencia de conmutación doble.
Además de esto se forma el valor medio de la
magnitud de regulación durante un periodo de tiempo que se
corresponde con un periodo de conmutación prefijado mediante la
frecuencia de conmutación de la magnitud de ajuste. Ambos métodos
son apropiados para minimizar aquellos errores de medición que se
producen a causa de las oscilaciones superiores, resultantes de la
sincronización de la magnitud de ajuste en el caso de la magnitud de
regulación. Es ventajoso que la exploración de la magnitud de
regulación se realice sincrónicamente con la señal de
sincronización, con ayuda de la cual se sincroniza la magnitud de
ajuste. Por medio de esto es posible, de forma especialmente
sencilla, llevar a cabo la exploración en momentos que no tengan
oscilaciones superiores. Esto permite a su vez unas mediciones más
precisas.
Otra realización ventajosa de la invención prevé
que la sincronización de la magnitud de ajuste se realice con ayuda
de una modulación en anchura de impulso. La modulación en anchura de
impulso es especialmente adecuada para ajustar una magnitud de
ajuste, como p.ej. la tensión del motor. La frecuencia de
conmutación fija utilizada normalmente para modulación en anchura
de impulso hace posible, con las medidas citadas anteriormente, una
medición especialmente precisa de la magnitud de regulación. Debido
a que la modulación en anchura de impulso trabaja siempre con un
número limitado de estados de conmutación, puede materializarse el
dispositivo de ajuste y con ello el sistema de regulación
respectivo, mediante el uso de un modulador en anchura de impulso,
de forma especialmente sencilla y económica.
En otra forma de realización ventajosa de la
invención está previsto que la magnitud de regulación se regule con
ayuda de un regulador digital. Este tipo de regulador permite una
regulación muy precisa y puede adaptarse de forma óptima a la
aplicación respectiva a causa de su capacidad de modificación.
Siempre que la digitalización de señales analógicas se produzca con
ayuda de un modulador delta-sigma, puede
implementarse el algoritmo para explorar o para integrar la
magnitud de regulación, de forma económica, en módulos lógicos
programables comerciales.
Una forma de realización ventajosa de la
invención prevé que como magnitud de regulación se regule la
corriente de una carga. Debido a que la precisión de regulación en
muchas aplicaciones de regulación de corriente representa una
particularidad esencial, puede materializarse con ayuda de la
invención de forma especialmente sencilla un dispositivo de
regulación de corriente apropiado. Esto es el caso por ejemplo en
reguladores de corriente para accionamientos eléctricos. Debido a
que en especial los servomotores necesitan una regulación de
corriente precisa, puede materializarse con ayuda del dispositivo
de regulación conforme a la invención, de forma especialmente
económica, una regulación servo rápida y precisa.
Conforme a otra forma de realización ventajosa
de la invención, un dispositivo de regulación comprende un
dispositivo de medición, que establece una primera magnitud de
retroalimentación mediante exploración de la magnitud de
regulación, por medio de que el valor real de la magnitud de
regulación se detecta en cada caso en un momento determinado por la
frecuencia de exploración y se proporciona como primera magnitud de
retroalimentación. Además de esto el dispositivo de medición
establece una segunda magnitud de retroalimentación mediante el
promediado de la magnitud de regulación, por medio de que el valor
real de la magnitud de regulación se detecta, promedia durante un
periodo de tiempo y el valor real promediado se proporciona como
segunda magnitud de retroalimentación. Asimismo el dispositivo de
regulación presenta un dispositivo de comparación con un primer y un
segundo elemento de comparación. Cada uno de los dos elementos de
comparación recibe, a través de un canal aparte, en cada caso una
magnitud de retroalimentación y forma a partir de ella, mediante una
comparación con una magnitud de guiado, en cada caso una desviación
de regulación propia. El dispositivo de regulación comprende además
un dispositivo de regulación con un primer y un segundo regulador,
en donde el primer regulador forma a partir de la primera
desviación de regulación una primera magnitud de salida de regulador
individual y el segundo regulador a partir de la segunda desviación
de regulación una segunda magnitud de salida de regulador
individual. Un dispositivo sumador del dispositivo de regulación
forma a partir de las dos magnitudes de salida de regulador
individual una magnitud de salida de regulador común, que utiliza un
dispositivo de ajuste para ajustar la magnitud de regulación.
Por último, otra forma de realización ventajosa
de la invención prevé que el dispositivo de medición comprenda un
dispositivo de integración, para formar el valor real promediado
mediante una integración de la magnitud de regulación durante el
periodo de tiempo. Con ayuda de un elemento integral puede
materializarse la formación del valor medio de forma especialmente
sencilla.
A continuación se explica con más detalle la
invención con base en dibujos. Aquí muestran:
la fig. 1 un esquema de conexiones en bloques de
un circuito de regulación para regular la corriente de una carga
con ayuda de un regulador PI y una modulación en anchura de
impulso,
la fig. 2 un recorrido de tensión/corriente en
el tiempo con una regulación de corriente materializada con ayuda
de la modulación en anchura de impulso,
la fig. 3 un recorrido de tensión/corriente en
el tiempo con una medición de corriente con ayuda de un filtro de
paso bajo anti-aliasing,
la fig. 4 un recorrido de tensión/corriente en
el tiempo con una medición de corriente mediante integración
durante un periodo de la frecuencia de conmutación,
la fig. 5 un recorrido de tensión/corriente en
el tiempo con una medición de corriente mediante exploración
sincrónica del recorrido de corriente en determinados momentos sin
oscilaciones superiores,
la fig. 6A un esquema de conexiones en bloques
de un nuevo regulador de corriente con una retroalimentación de
corriente bicanal,
la fig. 6B un esquema de conexiones en bloques
de un nuevo regulador de corriente con una retroalimentación de
corriente tricanal,
la fig. 7 un esquema de conexiones en bloques de
un nuevo dispositivo de regulación de corriente para un
servomotor,
la fig. 8 un esquema de conexiones en bloques de
un regulador de corriente para un motor de corriente trifásica, en
el que se detectan y regulan dos diferentes componentes de corriente
independientes entre sí, y
la fig. 9 un esquema de conexiones en bloques de
un sistema de regulación con un dispositivo de regulación del
número de revoluciones superpuesto al dispositivo de regulación de
corriente.
A continuación se pretende explicar con más
detalle la invención con base en un regulador de corriente para un
motor eléctrico. Sin embargo, puede aplicarse sin más también a
otros reguladores.
La figura 1 muestra el desarrollo de actuación
cerrado de un dispositivo de regulación de corriente normal. A este
respecto se regula como magnitud de regulación x la corriente i de
una carga, en especial de una carga inductiva, como p.ej. de un
motor eléctrico. El dispositivo de regulación 1 comprende varios
componentes que cooperan entre sí, que forman un circuito de
regulación cerrado. Como magnitud de guiado w del dispositivo de
regulación de corriente 1 se usa un valor nominal de corriente
x_{soll}, que p.ej. es proporcionado por un circuito de
regulación del número de revoluciones 2 superior. Un elemento de
comparación 20, que forma la región de entrada de la magnitud de
regulación 1, compara el valor nominal de corriente x_{soll} con
un valor real de corriente x_{ist} de la corriente x que fluye a
través del devanado del motor. El valor real de corriente x_{ist}
se detecta con ayuda de un dispositivo de medición 10 y se
proporciona al elemento de comparación 20 como magnitud de
retroalimentación r, a través de un canal de retroacoplamiento. La
desviación de regulación e formada por el elemento de comparación
20 se pone a disposición de un dispositivo de regulación 30, que
forma una magnitud de salida de regulador m a partir de la
desviación de regulación e, con ayuda de su función de transmisión.
La magnitud de salida de regulador m sirve para controlar un
dispositivo de ajuste 50. Como regulador de corriente 30 se utiliza
normalmente un regulador PI, cuyo comportamiento de regulación se
adapta a la aplicación respectiva. El regulador PI 30 comprende un
regulador proporcional (elemento proporcional con coeficiente
proporcional K_{p}) y un regulador integral que actúa en paralelo
al mismo (elemento (I) integral con coeficiente integral K_{I} =
Kp/T_{n} y tiempo de ajuste posterior T_{n}). Cada uno de los
dos reguladores individuales forma a este respecto, a partir de su
magnitud de entrada e aplicada a su entrada, su propia magnitud de
salida de regulador individual. Las dos magnitudes de salida de
regulador individual se suman después para formar una magnitud de
salida de regulación m común, que se alimenta a un dispositivo de
ajuste 50. El dispositivo de ajuste 50 comprende en el caso presente
un modulador de anchura de impulso, para transformar el valor
prefijado por la magnitud de salida de regulador m para la tensión
de motor en una señal de ajuste modulada en anchura de impulso. La
señal de ajuste sirve para activar conmutadores de potencia de un
ajustador, con lo que se consigue una sincronización de la tensión
aplicada al devanado del motor. La corriente de motor x de aquí
resultante se nivela mediante la acción integradora del devanado de
motor L. Como aclara el esquema de conexiones en bloques de la
figura 1 pueden actuar diferentes magnitudes de perturbación z
sobre el tramo de regulación y, de este modo, influir negativamente
en la magnitud de regulación corriente x.
La figura 2 muestra el recorrido principal de
tensión y corriente de un motor eléctrico, en el caso de una
modulación por anchura de impulso (PWM). La tensión del motor o de
la bobina se prefija a este respecto mediante la modulación en
anchura de impulso en forma discreta temporalmente. Lo normal para
este método de activación es que la anchura de los diferentes
impulsos PWM esté correlacionada directamente con el desarrollo en
el tiempo de los valores de entrada del modulador de anchura de
impulso y la variación de tensión en la trama siga un intervalo de
tiempo T_{s}, prefijado mediante una frecuencia de conmutación
f_{s} de la modulación en anchura de impulso. La tensión de
activación así generada presenta un recorrido casi rectangular con
dos niveles de tensión. Normalmente la tensión modulada en anchura
de impulso muchos flancos oblicuos, para minimizar posibles
pérdidas de conmutación. La onda básica deseada de la tensión de
activación se obtiene mediante la rápida conmutación entre los dos
estados de tensión. La modulación en anchura de impulso utiliza
normalmente frecuencias constantes, como p.ej. 4 kHz, 8 kHz o 16
kHz. Como señal portadora PWM se usa en el presente caso una
tensión triangular. A causa de la acción niveladora del devanado de
motor L, la corriente de bobina x sigue la tensión de bobina sólo
de forma muy lenta. Por medio de esto se obtiene un recorrido de
corriente en diente de sierra, en donde la corriente de bobina
oscila en vaivén alrededor del valor medio, con la frecuencia de
conmutación T_{s} de la modulación en anchura de impulso. El
movimiento pendular de la corriente de bobina, que actúa como
oscilación superior de la corriente de bobina x, puede conducir a
una adulteración considerable de la medición de exploración a causa
de posibles efectos de aliasing. Una medición defectuosa desemboca
en último término en un peor comportamiento de regulación del
circuito de regulación de corriente 1, en especial con relación a
la precisión, y de este modo también del circuito de regulación del
número de revoluciones 2 superior.
Para evitar estos errores de exploración y con
ello optimizar el comportamiento de regulación del circuito de
regulación es necesario contemplar el teorema de exploración. Esto
puede conseguirse con ayuda de diferentes métodos de medición.
Mediante la utilización de un adecuado filtro
paso bajo anti-aliasing pueden eliminarse los
porcentajes de alta frecuencia de la corriente de bobina. Por medio
de esto se obtiene para la corriente de bobina x' filtrada un
recorrido mostrado en la figura 3, que fundamentalmente se
corresponde con el valor medio de la corriente de bobina no
filtrada. Sin embargo la utilización de un filtro paso bajo
anti-aliasing de primer orden produce un
desplazamiento de fase de hasta 90º, mediante el cual se reducen
claramente la reserva de fase del circuito de regulación y, de este
modo, también el máximo reforzamiento de circuito posible. Esto hace
que este método de medición sea menos adecuado en especial para la
práctica industrial.
Otro método de medición para una detección
precisa del valor real x_{ist} de la magnitud de regulación
corriente x está representado por la formación del valor medio. En
el caso del método utilizado p.ej. también en multímetros
digitales, el valor medio x es detectado durante un periodo de
tiempo adecuado y se forma un valor medio a partir de los valores
de medición detectados. La detección del valor medio puede
realizarse continuamente y también mediante una exploración rápida.
Como periodo de tiempo apropiado entra en cuestión, en el caso de
utilizarse modulación en anchura de impulso, en especial un periodo
de conmutación PWM T_{s}. Una formación así del valor medio
durante un periodo de conmutación PWM T_{s} se ha representado en
la figura 4. Debido a que el desarrollo en el tiempo de la
intensidad de corriente x del servomotor puede describirse con ayuda
de una función continua, la determinación del valor medio del valor
real de corriente x_{ist} puede realizarse mediante una
integración durante un periodo PWM T_{s}:
Como puede verse en la figura 4, la superficie
formada mediante la integración por debajo de la curva de corriente
es proporcional al valor real de corriente medio x_{int} en el
periodo PWM T_{s}. Para obtener el verdadero valor real de
corriente medio x_{int} en el periodo de tiempo T_{s} se divide
la integral de superficie por el tiempo de integración T_{s}.
Es ventajoso formar la integral durante un
intervalo de tiempo que coincida con periodo PWM T_{s}, prefijado
mediante la señal de sincronización de la modulación por anchura de
impulso. Sin embargo, la integración no es imprescindible que tenga
lugar exactamente entre los momentos t_{1}, t_{2}, t_{3},
t_{4} prefijados por la señal de sincronización, sino que puede
realizarse también con desplazamiento en el tiempo. Como puede
verse en la figura 4, mediante la integración durante un periodo PWM
completo en un caso ideal se compensan mutuamente las amplitudes
superiores e inferiores de la señal de corriente, a causa de la
modulación por anchura de impulso. La integral establecida por
medio de esto reproduce después, con una aproximación muy buena, el
respectivo valor real de corriente medio. Sin embargo no es
imprescindible que la formación del valor medio se realice durante
un periodo PWM completo. Por ejemplo puede elegirse como periodo de
tiempo de integración también un periodo de tiempo más largo (p.ej.
un múltiplo del periodo PWM). También es básicamente posible un
periodo de tiempo más corto que un periodo PWM. Sin embargo pueden
producirse después desviaciones del valor medio establecido
respecto al valor medio verdadero, ya que en este caso las
amplitudes de la señal de corriente causadas por la oscilación
superior no se compensan mutuamente por completo. Sin embargo, las
posibles desviaciones del valor medio verdadero pueden tenerse en
cuenta, dado el caso, con ayuda de una corrección
correspondiente.
Debido a que las oscilaciones de la señal de
medición, causadas por los porcentajes de alta frecuencia, se
compensan normalmente entre sí durante la formación del valor medio,
este método de medición es especialmente insensible a los parásitos
que están provocados por ejemplo por procesos de conmutación o por
EMV. Por ello la medición integral, aplicable básicamente a todos
los procedimientos de modulación de impulso, es muy adecuada para
su uso en la práctica industrial, en especial cuando se requiere una
regulación precisa.
Sin embargo para la formación del valor medio es
también necesario tener en cuenta un tiempo muerto adicional
T_{t} = T_{s}/2 = T_{A}. Esto representa un inconveniente con
relación a la detección del valor real en un circuito de
regulación, ya que el desplazamiento de fase \varphi =
\omega\cdot T_{t}, causado por el tiempo muerto adicional
T_{t}, reduce también aquí la reserva de fase del circuito de
regulación y con ello el máximo reforzamiento de circuito
posible.
Una posibilidad especialmente rápida para medir
el valor real de corriente x_{ist} lo forma, por el contrario, la
exploración de la magnitud de regulación x en determinados momentos
t_{1}, t_{2}, t_{3}, t_{4}. Para impedir que la medición se
adultere excesivamente a causa de los porcentajes de alta frecuencia
de la magnitud de regulación x, para la exploración se eligen de
forma preferida aquellos momentos t_{1}, t_{2}, t_{3},
t_{4} en los que la magnitud de regulación se corresponda
fundamentalmente con el valor medio. Esto presupone sin embargo que
estos momentos t_{1}, t_{2}, t_{3}, t_{4} sin oscilación
superior en realidad existen. Aparte de esto también deben ser
conocidos. Esto es por ejemplo el caso en los procedimientos de
regulación de corriente que utilizan, para activar la corriente, una
tensión sincronizada (p.ej. mediante modulación de impulso). Como
se muestra en la figura 5, a causa de la oscilación de la corriente
de motor x producida mediante la sincronización de la tensión de
activación, en un periodo de conmutación PWM T_{s}, se producen
por lo general en cada caso exactamente dos momentos t_{1},
t_{2}, t_{3}, t_{4} sin oscilación superior. La posición de
estos momentos dentro de la ventana de tiempo, prefijada mediante el
periodo de conmutación PWM T_{s}, puede depender del método
respectivo con el que se sincroniza la tensión de activación.
Siempre que todos los momentos de exploración estén situados con
una relación temporal fija respecto a la señal de sincronización
PWM, puede realizarse la exploración con una frecuencia de
exploración f_{A} = 1/ T_{A} correlacionada con la señal de
sincronización PWM. En el caso de utilizarse una modulación en
anchura de impulso para activar la corriente de motor X, los
momentos sin oscilación superior coinciden fundamentalmente con los
momentos t_{1}, t_{2}, t_{3}, t_{4} prefijados mediante la
señal de sincronización PWM. Por ello en un caso así puede
sincronizarse la magnitud de regulación x sincrónicamente con la
señal de sincronización PWM, es decir, en cada caso en los momentos
en los que la señal portadora PWM triangular presenta un punto de
inversión. Como frecuencia de exploración momentos f_{A} se ha
elegido a este respecto, de forma preferida, el doble de la
frecuencia de conmutación f_{A}:
f_{A} = 2
\cdot
f_{S}
Una mayor velocidad de exploración no es
conveniente normalmente. Aquí también la modulación en anchura de
impulso debería conmutar más rápidamente, lo que sin embargo
técnicamente no es deseable o no es posible generalmente. Tampoco
tiene mucho sentido una menor velocidad de exploración, ya que la
regulación en este caso se realizaría de una forma innecesariamente
lenta.
La medición de exploración de la magnitud de
regulación x representa básicamente un método de medición muy
rápido. Por ello es especialmente adecuada para una regulación
rápida, además de que ningún tiempo muerto adicional limita la
anchura de banda del circuito de regulación. Por este motivo este
método de medición se usa con frecuencia en la práctica industrial.
Sin embargo los parásitos de alta frecuencia o una exploración
imprecisa pueden influir mucho en el resultado de la medición.
Aparte de esto, este método necesita un procedimiento PWM adecuado
u otro procedimiento apropiado de modulación de impulso para la
corriente del motor, en el que se conozcan los momentos sin
oscilación superior o al menos puedan estimarse.
A continuación se pretende mostrar cómo mediante
una combinación de diferentes procedimientos de medición así como
la retroalimentación bi- o multicanal de las magnitudes de
retroalimentación, formadas a este respecto, puede materializarse
una regulación que combine las ventajas de los métodos de medición
utilizados sin sus inconvenientes. Para esto se divide el regulador
combinado en sus reguladores individuales que, aunque obtienen en
cada caso una desviación de regulación propia como magnitud de
entrada, forman una magnitud de salida de regulador común.
La figura 6A muestra un esquema de conexiones en
bloques de una región parcial del circuito de regulación de
corriente 1 conforme a la invención con un dispositivo de
comparación 20 que comprende dos elementos de comparación 21, 22,
un dispositivo de regulación 30 que comprende de forma preferida un
regulador PI y un dispositivo sumador 40. El regulador PI está
dividido a este respecto en un elemento de regulación P 31 y un
elemento de regulación I 32 conectado en paralelo, en donde al
elemento de regulación P 31 está asociado un primer elemento de
comprobación 21 y al elemento de regulación I 32 un segundo elemento
de comparación 22. Cada uno de los elementos de comparación 21, 22
dispone de su propio canal de retroalimentación, a través del cual
el elemento de comparación 21, 22 correspondiente recibe una
magnitud de retroalimentación r_{1}, r_{2} desde un dispositivo
de medición 10. Como magnitudes de retroalimentación r_{1},
r_{2} se usan dos valores reales de corriente diferentes, que se
han establecido con diferentes procedimientos de medición. Para
detectar el valor real de corriente puede utilizarse básicamente
cualquier método de medición adecuado. Aparte de una medición
directa de la corriente de activación ésta puede derivarse también,
alternativamente, de determinadas magnitudes de funcionamiento. Los
dos procedimientos de medición se eligen de forma preferida de tal
modo, que los valores reales establecidos con ello se optimizan para
el respectivo tipo de regulador. Cada uno de los dos elementos de
comparación 21, 22 compara la magnitud de retroalimentación r_{1},
r_{2} asociada al mismo con la magnitud de guiado w, aplicada a
una entrada común, y emite como resultado de esta comparación una
desviación de regulación e_{1}, e_{2} al elemento de regulación
31, 32 asociado en cada caso al mismo. Los dos elementos de
regulación 31, 32 forman con ayuda de su respectiva función de
transmisión, a partir de las desviaciones de regulación e_{1},
e_{2} alimentadas a los mismos, en cada caso una magnitud de
salida de regulador individual m_{1}, m_{2}. Las magnitudes de
salida de regulador individual m_{1}, m_{2} se transmiten a un
dispositivo sumador 40 común, que de aquí forma una magnitud de
salida de regulador m. Normalmente se forma la magnitud de salida
de regulador m, a este respecto, a partir de una sencilla adición
de las dos magnitudes de salida de regulador individual m_{1},
m_{2}. Sin embargo puede llevarse también a cabo cualquier
operación, como p.ej. una ponderación de las magnitudes de salida de
regulador individual m_{1}, m_{2} con diferentes factores, para
formar la magnitud de salida de regulador combinada m a partir de
las dos magnitudes de salida de regulador individual m_{1},
m_{2}. La magnitud de salida de regulador combinada m del
dispositivo de regulación 30 se usa después en un dispositivo de
ajuste 50 como magnitud de entrada, para ajustar la magnitud de
regulación x.
El dispositivo de regulación 30 mostrada en la
figura 6A puede comprender básicamente también otros elementos de
regulación. Por ejemplo puede preverse un tercer elemento de
regulación 33 (p.ej. un elemento (D) diferencial con coeficiente
diferenciador K_{D} o tiempo de predicción T_{v}) en paralelo a
los dos elementos de regulación 31, 32. El elemento de regulación
33 adicional puede utilizar a este respecto una de las dos
desviaciones de regulación e_{1}, e_{2} ya presentes como
magnitud de entrada. Esto puede realizarse por ejemplo con ayuda de
un elemento de comparación 23 adicional, que compara una tercera
magnitud de retroalimentación r_{3} con la magnitud de guiado w.
Como magnitud de retroalimentación r_{3} adicional puede servir un
valor real de corriente, establecido con ayuda de un tercer
procedimiento de medición. La magnitud de salida del tercer
elemento de regulación 33 puede alimentarse, como una tercera
magnitud de salida de regulador individual m_{3} al dispositivo
sumador 40 común, que forma la magnitud de salida de regulador m a
partir de las tres magnitudes de salida de regulador individual
m_{1}, m_{2}, m_{3}. Un dispositivo de regulación 30 de este
tipo se muestra en la figura 6B.
La tercera magnitud de retroalimentación r_{3}
puede elegirse también igual a cero. En este caso mediante el
elemento de regulación 33 sólo se diferencia la magnitud de guiado
w. Por medio de esto se obtiene un caso especial ventajoso de la
forma de realización mostrada en la figura 6B. Aquí el circuito de
regulación 1 puede reaccionar de forma especialmente rápida a
variaciones de la magnitud de guiado w.
La figura 7 muestra un esquema de conexiones en
bloques de un dispositivo de regulación 1 conforme a la invención
con el dispositivo de regulación 30 de la figura 6A, que presenta
una retroalimentación bicanal. El dispositivo de regulación 1
configurado de forma preferida para regular la corriente de un motor
eléctrico comprende además un dispositivo de medición 10, con cuya
ayuda se detecta el valor real de la magnitud de regulación
corriente de motor. Para esto el dispositivo de medición 10 detecta
la corriente x del motor eléctrico 60 en un punto apropiado del
tramo de regulación. El dispositivo de medición 10 está configurado
a este respecto para detectar el valor real de corriente x_{ist}
con ayuda de dos métodos de medición diferentes y transmitir los
resultados de medición de las dos mediciones, en cada caso como una
magnitud de retroalimentación r_{1}, r_{2}, a través de los dos
canales de retroalimentación separados al dispositivo de comparación
20. Para esto el dispositivo de medición 10 comprende dos
subunidades, que aquí están configuradas esquemáticamente como un
dispositivo de exploración 11 y un dispositivo de integración 12.
El dispositivo de exploración 11 establece la primera magnitud de
retroalimentación r_{1} mediante la exploración de la magnitud de
regulación x con una frecuencia de exploración f_{A} prefijada.
La exploración se realiza a este respecto de forma preferida
sincrónicamente a la modulación en anchura de impulso, con cuya
ayuda se forma la tensión de activación de una etapa de potencia 52
para la corriente de motor x. A este respecto se elige como
frecuencia de exploración f_{A}, de forma preferida, el doble de
la frecuencia de conmutación PWM f_{s}. Por el contrario, el
dispositivo de integración 12 establece la segunda magnitud de
retroalimentación r_{1} mediante la formación de un valor medio de
la magnitud de regulación x. De forma preferida esto se realiza
mediante una integración de la magnitud de regulación x a través de
un ciclo PWM T_{s}.
Los algoritmos para explorar e integrar la
magnitud de regulación x pueden materializarse como dos dispositivos
11, 12, separados entre sí estructuralmente, o bien como un
dispositivo común del dispositivo de medición 10. En el caso de un
regulador digital 1 deben digitalizarse además todas las señales
analógicas, como p.ej. la magnitud de regulación x, antes de poder
seguir tratándose. Para esto el dispositivo de medición 10 comprende
un digitalizador 13 adecuado. De forma preferida la digitalización
de las señales analógicas se realiza con ayuda de moduladores
sigma-delta (\Sigma\Delta). En este caso puede
implementarse el algoritmo para explorar o para integrar la
magnitud de regulación x también económicamente en módulos de
semiconductor programables comerciales, como p.ej. FPGAs (field
programmable gate array).
Como ya se ha descrito, el dispositivo de
comparación 20 forma a partir de las dos magnitudes de
retroalimentación r_{1}, r_{2} dos desviaciones de regulación
e_{1}, e_{2} independientes entre sí, de las que los dos
elementos de regulación 31, 32 del dispositivo de regulación 30
generan las dos magnitudes de salida de regulador individual
m_{1}, m_{2}. Mediante la combinación de las magnitudes de
salida de regulador individual m_{1}, m_{2} con ayuda del
dispositivo sumador 40 se dispone, a la entrada del dispositivo de
ajuste 50, de la magnitud de salida de regulador m. El dispositivo
de ajuste 50 comprende a este respecto un elemento de ajuste 51 y
un ajustador 52. El elemento de ajuste 51 transforma el valor
prefijado mediante la magnitud de salida de regulador m en una
magnitud de ajuste y para el ajustador 52. En el caso presente se
transforma la magnitud de salida de regulador presente
digitalmente, con ayuda de un modulador de anchura de impulso 51, en
una señal de tensión y modulada en anchura de impulso con la que se
activa el ajustador 52. El ajustador 52 habitual comprende
conmutadores de potencia, que sólo funcionan en dos puntos
característicos (de bloqueo o transconectado). Con base en la
magnitud de ajuste y modulada en anchura de impulso, el ajustador 52
realiza una sincronización de la corriente de motor x.
El dispositivo de regulación mostrado en la
figura 7 regula directamente la corriente que circula a través de
los devanados del motor eléctrico 60 conectado. En el caso de una
máquina multifase, la corriente de motor se compone de varias
componentes de corriente que circulan en cada caso a través de
diferentes devanados del motor. En el caso de un motor de corriente
alterna se utiliza una corriente alterna o corriente alterna
trifásica, cuyas tres componentes de corriente i_{a}, i_{b},
i_{c}, que están en una relación mutua de fase y amplitud
prefijada, se ajustan en cada caso por separado. Debido a que las
tres componentes de corriente i_{a}, i_{b}, i_{c} suman cero
en cada fase, cada componente de corriente puede establecerse a
partir de las otras dos componentes de corriente. Por ello es
suficiente que sólo se midan y regulen dos i_{a}, i_{b}, de las
tres componentes de corriente i_{a}, i_{b}, i_{c}. Esto
permite una regulación de corriente trifásica simplificada con sólo
dos circuitos de regulación independientes entre sí.
Otra optimización de la regulación puede
realizarse mediante la utilización de un sistema de coordenadas
apropiado. Según la aplicación (motor sincrónico, asincrónico,
etc.) entra aquí en cuestión un sistema de coordenadas de estator,
de campo o de rotor. Por ejemplo las componentes de corriente
i_{a} e i_{b}, presentes en el sistema de coordenadas de
estator fijo original pueden representarse, mediante una sencilla
transformación, como componentes de corriente i_{\alpha} e
i_{\beta} correspondientes de un sistema de coordenadas
\alpha/\beta ortogonal. Con ayuda de un girador de coordenadas
la regulación es también posible en un sistema de coordenadas d/q
orientado por campo, en el que las dos componentes de corriente
i_{d}, i_{q} están configuradas como dos corrientes continuas
fáciles de regular. Debido a que la componente de corriente i_{d}
formadora de flujo no aporta nada a la formación del par de giro, la
magnitud de entrada del circuito de regulación correspondiente
puede prefijarse igual a cero, para hacer funcionar la máquina con
unas pérdidas optimizadas. En este caso el valor de ajuste de un
regulador del número de revoluciones superpuesto w sólo se aplica a
la entrada del circuito de regulación responsable de la componente
de corriente i_{d} responsable de la formación del par.
La figura 8 muestra un dispositivo de regulación
de corriente 1 correspondiente para un motor de corriente trifásica
60. El dispositivo de regulación 1 comprende en el presente ejemplo
dos circuitos de regulación independientes entre sí para las dos
componentes de corriente i_{\alpha} e i_{\beta} del sistema de
coordenadas de estator perpendicular. A cada componente de corriente
i_{\alpha} e i_{\beta} está asociada a este respecto su propio
dispositivo de medición 10', 10'' y su propio dispositivo de
regulación 30', 30''. Cada uno de los dos dispositivos de medición
10', 10'' detecta la componente de corriente i_{\alpha},
i_{\beta} asociada a la misma, de forma preferida con ayuda de
diferentes métodos de medición, como p.ej. una medición de
exploración y una de valor medio. Los valores reales de corriente
i_{ist} establecidos a este respecto se alimentan en cada caso a
un dispositivo de comparación 20', 20''. En la figura 8 están
previstos para ello por ejemplo dos canales de retroalimentación
por dispositivo de medición 10', 10''. Con base en las magnitudes
de salida de un dispositivo de comparación 20', 20'' varios
reguladores individuales forman, en el dispositivo de regulación
30', 30'' correspondiente, un número correspondiente de magnitudes
de salida de regulador individual que, a continuación, se reúnen en
una magnitud de salida de regulador del respectivo circuito de
regulación mediante un dispositivo sumador 40', 40''. Con ayuda de
las magnitudes de salida de regulador de los dos circuitos de
regulación se activa por último un dispositivo de ajuste 50, que
ajusta las diferentes componentes de tensión alterna u_{a},
u_{b}, u_{c}. A este respecto es necesario transformar las
magnitudes de salida de regulador presentes en el ejemplo presente
en el sistema de coordenadas de estator \alpha/\beta
perpendicular, de tal modo que el dispositivo de ajuste 50 ajuste
los tres componentes de tensión alterna u_{a}, u_{b}, u_{c}.
Para aumentar la precisión de la regulación también pueden medirse
directamente las tres componentes de corriente i_{a}, i_{b},
i_{c} de la corriente trifásica. En este caso el dispositivo de
regulación 1 comprende de forma preferida tres dispositivos de
medición, en cada caso uno para cada fase (no mostradas aquí). La
regulación puede realizarse también en este caso en un sistema de
coordenadas biaxial.
En el caso de máquinas rotatorias se necesita
con frecuencia una regulación, con cuya ayuda puede mantenerse el
número de revoluciones en un valor prefijado. Una regulación del
número de revoluciones de este tipo puede materializarse p.ej. con
ayuda de una llamada regulación en cascada, en la que un circuito de
regulación de corriente está situado en cascada respecto a un
circuito de regulación del número de revoluciones. Aquí se regula
primero la magnitud auxiliar corriente de motor con un circuito de
regulación interior rápido, cuya magnitud de guiado está formada
por la magnitud de ajuste del circuito de regulación exterior, más
lento (circuito de regulación del número de revoluciones). El
interdireccionado mutuo de los dos circuitos de regulación divide
los tramos de regulador completo en tramos parciales más pequeños,
que son más fáciles de comprender y pueden regularse mejor que el
tramo de regulador completo. Por medio de esto puede conseguirse con
frecuencia una mayor precisión de regulación.
La figura 9 muestra un esquema de conexiones en
bloques de un sistema de regulación del número de revoluciones 3 de
este tipo para un servomotor, con el dispositivo de regulación de
corriente 1 mostrado en la figura 7 y un dispositivo de regulación
del número de revoluciones 2 superpuesto. Mientras que el circuito
de regulación de corriente 1 interno detecta con ayuda de su
dispositivo de medición 10 como magnitud de regulación x la
corriente de motor, el circuito de regulación del número de
revoluciones 2 superpuesto detecta el número de revoluciones del
motor eléctrico 60 en el ramal de accionamiento, con ayuda de un
dispositivo de medición 70 correspondiente. A partir de una
comparación del valor real del número de revoluciones establecido
con ayuda del dispositivo de medición 70 con un valor nominal del
número de revoluciones, prefijado mediante una magnitud de guiado
u, un dispositivo de comparación 80 del regulador del número de
revoluciones 2 genera una desviación de regulación del número de
revoluciones. Un regulador PI 90 del circuito de regulación del
número de revoluciones forma, con base en esta desviación de
regulación, una magnitud de salida de regulador correspondiente que
finalmente se proporciona al circuito de regulación de corriente 1
como magnitud de guiado w. Siempre que adicionalmente esté previsto
un control previo, la magnitud de guiado w del circuito de
regulación de corriente 1 puede formarse también mediante una
combinación de la magnitud de salida de regulador del circuito de
regulación del número de revoluciones 2 con una magnitud de control
previo.
El circuito de regulación del número de
revoluciones 2 mostrado en la figura 9 puede estar configurado
también como un circuito de regulación interno de un dispositivo de
regulación superior. En especial los accionamientos regulados por
posición, como p.ej. servoaccionamientos, poseen además un circuito
de regulación de posición superior respecto al regulador del número
de revoluciones 3 (no representado aquí), en donde la magnitud de
salida del regulador de posición forma la magnitud de guiado u del
regulador del número de revoluciones 3.
Claims (15)
1.- Procedimiento de regulación que comprende
los pasos:
- -
- establecimiento de una primera magnitud de retroalimentación (r_{1}),
- -
- establecimiento de una primera desviación de regulación (e_{1}) mediante una comparación de la primera magnitud de retroalimentación (r_{1}) con una magnitud de guiado (w),
- -
- formación de una primera magnitud de salida de regulador individual (m_{1}) a partir de la primera desviación de regulación (e_{1}) con ayuda de un primer regulador (31),
- -
- establecimiento de una segunda magnitud de retroalimentación (r_{2}),
- -
- establecimiento de una segunda desviación de regulación (e_{2}) mediante una comparación de la segunda magnitud de retroalimentación (r_{2}) con la magnitud de guiado (w),
- -
- formación de una segunda magnitud de salida de regulador individual (m_{2}) a partir de la segunda desviación de regulación (e_{2}) con ayuda de un segundo regulador (32),
- -
- formación de una magnitud de salida de regulador (m) a partir de las dos magnitudes de salida de regulador individual (m_{1}, m_{2}), y
- -
- utilización de la magnitud de salida de regulador (m) para ajustar la magnitud de regulación (x), de tal modo que la magnitud de regulación (x) sigue la magnitud de guiado (w),
caracterizado porque
la primera magnitud de retroalimentación
(r_{1}) se establece mediante la exploración de una magnitud de
regulación (x) con una frecuencia de exploración (f_{A}), en donde
el valor real (x_{ist}) de la magnitud de regulación (x) se
detecta en cada caso en un momento (t_{1}, t_{2}, t_{3},
t_{4}) determinado por la frecuencia de exploración (f_{A}), y
la segunda magnitud de retroalimentación (r_{2}) mediante el
promediado de la magnitud de regulación (x), en donde el valor real
(x_{ist}) de la magnitud de regulación (x) se detecta durante un
periodo de tiempo (T_{s}) y a partir del mismo se forma un valor
medio (x_{int}).
2. Procedimiento de regulación según la
reivindicación 1, caracterizado porque la magnitud de salida
de regulador (m) se forma mediante la suma de las dos magnitudes de
salida de regulador individual (m_{1}, m_{2}).
3. Procedimiento de regulación según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la segunda
magnitud de retroalimentación (r_{2}) se establece mediante una
integración del valor real (X_{ist}) de la magnitud de
regulación (x) durante el periodo de tiempo (T_{s}).
4. Procedimiento de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para
ajustar la magnitud de regulación (x) se forma una magnitud de
ajuste (y) sincronizada con una frecuencia de conmutación (f_{s})
a partir de la magnitud de salida de regulador (m), en donde la
exploración de la magnitud de regulación (x) se realiza con el
doble de la frecuencia de conmutación (f_{s}) y/o el valor medio
(x_{int}) de la magnitud de regulación (x) durante un periodo de
tiempo, que se corresponde con un periodo de conmutación (T_{s})
prefijado mediante la frecuencia de conmutación (f_{s}) de la
magnitud de ajuste (y) o con un múltiplo entero de este periodo de
conmutación (T_{s}).
5. Procedimiento de regulación según la
reivindicación 4, caracterizado porque la exploración de la
magnitud de regulación (x) se realiza sincrónicamente con una señal
de sincronización, con cuya ayuda se sincroniza la magnitud de
ajuste (y).
6. Procedimiento de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
exploración se realiza en cada caso en un momento sin oscilación
superior de la magnitud de regulación (x).
7. Dispositivo de regulación que comprende:
- un dispositivo de medición (10) que está
configurado para establecer una primera magnitud de
retroalimentación (r_{1}) y una segunda magnitud de
retroalimentación (r_{2}),
- un dispositivo de comparación (20) con un
primer y un segundo elemento de comparación (21, 22), en donde el
primer elemento de comparación (21) está configurado para formar una
primera desviación de regulación (e_{1}) mediante una comparación
de la primera magnitud de retroalimentación (r_{1}) con una
magnitud de guiado (w), y en donde el segundo elemento de
comparación (22) está configurado para formar una segunda desviación
de regulación (e_{2}) mediante una comparación de la segunda
magnitud de retroalimentación (r_{2}) con la magnitud de guiado
(w),
- un dispositivo de regulación (30) con un
primer y un segundo regulador (31, 32), en donde el primer regulador
(31) está configurado para formar una primera magnitud de salida de
regulador individual (m_{1}) a partir de la primera desviación de
regulación (e_{1}), y en donde el segundo regulador (32) está
configurado para formar una segunda magnitud de salida de regulador
individual (m_{2}) a partir de la segunda desviación de
regulación (e_{2}),
- un dispositivo sumador (40) que está
configurada para formar una magnitud de salida de regulador (m) a
partir de las dos magnitudes de salida de regulador individual
(m_{1}, m_{2}), y
- un dispositivo de ajuste (50), que está
configurado para ajustar la magnitud de regulación (x) con ayuda de
la magnitud de salida de regulador (m), de tal modo que la magnitud
de regulación (x) sigue la magnitud de guiado (w),
caracterizado porque el dispositivo de
medición (10) está configurado para establecer la primera magnitud
de retroalimentación (r_{1}) mediante la exploración de una
magnitud de regulación (x) con una frecuencia de exploración
(f_{A}), en donde el valor real (x_{ist}) de la magnitud de
regulación (x) se detecta en cada caso en un momento (t_{1},
t_{2}, t_{3}, t_{4}) determinado por la frecuencia de
exploración (f_{A}), y la segunda magnitud de retroalimentación
(r_{2}) mediante el promediado de la magnitud de regulación (x),
en donde el valor real (x_{ist}) de la magnitud de regulación (x)
se detecta durante un periodo de tiempo (T_{s}) y a partir del
mismo se forma un valor medio (x_{int}).
8. Dispositivo de regulación según la
reivindicación 7, caracterizado porque el primer regulador
(31) es un regulador proporcional y/o el segundo regulador (32) es
un regulador integral.
9. Dispositivo de regulación según la
reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el dispositivo de
medición (10) comprende un dispositivo de integración (12), para
formar el valor real promediado (x_{ist}) mediante una
integración de la magnitud de regulación (x) durante el periodo de
tiempo (T_{s}).
10. Dispositivo de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo de ajuste (50) presenta un modulador de anchura de
impulso (51), para sincronizar la magnitud de ajuste (y).
11. Dispositivo de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo de regulación (30) está configurado como un regulador
digital.
12. Dispositivo de regulación según la
reivindicación 11, caracterizado porque el dispositivo de
medición (10) para digitalizar señales analógicas presenta un
modulador delta-sigma (13), y el dispositivo de
integración (12) y/o un dispositivo de exploración (11) del
dispositivo de medición (10) están implementados como algoritmos en
un módulo de semiconductor programable.
13. Dispositivo de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo de regulación (1) está configurado como regulador de
corriente de una carga (60) y forma parte de un circuito de
regulación del número de revoluciones (2) superior, cuya magnitud de
ajuste forma sola o en combinación con una magnitud de control
previo la magnitud de guiado (w) del dispositivo de regulación
(1).
14. Dispositivo de regulación según la
reivindicación 13, caracterizado porque el dispositivo de
regulación (1) está configurado para regular la corriente de un
motor de corriente trifásica (60) en un sistema de coordenadas
fijado al estator, en donde dependiendo del sistema de coordenadas
de estator utilizado están previstos dos o más dispositivos de
medición (10', 10'') y dos o más dispositivos de regulación (20',
20''), para detectar y regular diferentes componentes de corriente
(i_{a}, i_{b}, i_{c}, i_{\alpha}, i_{\beta}) del
respectivo sistema de coordenadas de estator, independientemente
entre ellos.
15. Dispositivo de regulación según la
reivindicación 13, caracterizado porque el dispositivo de
regulación (1) está configurado para regular la corriente de un
motor de corriente trifásica (60) en un sistema de coordenadas
orientado por campo, en donde para cada componente de corriente
(i_{q}, i_{d}) del sistema de coordenadas orientado por campo
está prevista su propio dispositivo de regulación (20', 20''), y en
donde están previstos dos o más dispositivos de medición (10',
10''), para detectar las dos componentes de corriente (i_{q},
i_{d},) del sistema de coordenadas orientado por campo o las tres
componentes de corriente (i_{a}, i_{b}, i_{c}), del motor de
corriente trifásica (60), independientemente entre ellos.
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