Vorlesung Bewegungssteuerung durch geregelte elektrische Antriebe. Regelung 1

Transkript

1 Vorlesung Bewegungssteuerung durch geregelte elektrische Antriebe Regelung 1

2 Klassische Kaskade (Strom-, Drehmoment-, Drehzahl-Regelung) Regelung 2

3 Control Schemes s* Lageregelung position controller speed controller Drehzahlregelung n* i* s n torque/current Drehmoment-/Strom controller Regelung i servo motor M 3~ Kommutierungssignale commutation signals tacho generator Tacho position encoder Lagegeber cascaded control with 3 control loops Regelung 3

4 Betragsoptimum/symmetrisches Optimum Regelung 4

5 Optimierung nach dem Betragsoptimum die Übertragungsfunktion des geschlossenen(!) Regelkreises konstant auf 1 auf einer größtmöglichen Bandbreite Regelung 5

6 Optimierung nach dem Betragsoptimum man wählt den Regler so, dass die größte Nennerzeitkonstante der Strecke kompensiert werden ACHTUNG! Voraussetzung: 1 dominante Zeitkonstante! Regelung 6

7 Optimierung nach dem symmetrischen Optimum Regelung 7

8 imaginäre Achse Nyquist-Kriterium Stabilität von geschlossenen Regelkreisen komplexe Ebene der Übertragungsfunktion des offenen (!) Regelkreises (-1, j0) reale Achse ω ω Regelung 8

9 Nyquist-Kriterium Stabilität von geschlossenen Regelkreisen Regelung 9

10 Optimierung nach dem symmetrischen Optimum Regelung 10

11 Symmetrisches Optimum Sprungantworten Regelung 11

12 Betragsoptimum / symmetrisches Optimum ein Verzögerungsglied erster Ordnung mit großer Zeitkonstante ist fast wie ein Integrierer Regelung 12

13 Betragsoptimum / symmetrisches Optimum T m / T 2 < 7 Betrags-Optimum T m / T 2 > 7 symmetrisches Optimum Regelung 13

14 Besonderheiten bei digitaler Regelung Regelung 14

15 Totzeit Zykluszeit Regler Strecke/ Stellglied digitales System Abtastzeit T A die Abtastrate eines digitalen Reglers hat einen direkten Einfluss auf die erreichbare Regeldynamik die erreichbare Geschwindigkeitsverstärkung (der so genannte K v -Wert) ist umgekehrt proportional zur Abtastzeit für die maximal erreichbare dynamische Laststeifigkeit C dyn ergibt sich sogar eine quadratische Abhängigkeit Quelle: Werner Philipp, Digitale Antriebe Regelung und SERCOS interface; 15 Antriebstechnik, 1992, Nr. 12, Seiten 30-38

16 Totzeit Zykluszeit Regler Strecke/ Stellglied Verarbeitungszeit Totzeit T T Totzeiten entstehen in digitalen Systemen durch : die Verarbeitungszeit zwischen Istwert-Erfassungen und Stellgößenausgabe Verzögerungszeiten bei der Auswertung von (Positions-)Messsystemen Übertragung zeitkritischer (Regel-)Größen über digitale (serielle) Schnittstellen Quelle: Werner Philipp, Digitale Antriebe Regelung und SERCOS interface; 16 Antriebstechnik, 1992, Nr. 12, Seiten 30-38

17 Totzeit Zykluszeit Regler Strecke/ Stellglied Verarbeitungszeit Totzeit T T Totzeiten wirken sich in digitalen Regelsystem in erster Näherung etwa doppelt so stark auf die erreichbare Geschwindigkeitsverstärkung (K v -Wert) aus wie die zyklische Abtastzeit T A (Summe aller Totzeiten im Regelkreis T T ) für die maximal erreichbare dynamische Laststeifigkeit C dyn gilt das gleiche Quelle: Werner Philipp, Digitale Antriebe Regelung und SERCOS interface; 17 Antriebstechnik, 1992, Nr. 12, Seiten 30-38

18 Totzeit Zykluszeit Regler Strecke/ Stellglied Verarbeitungszeit Totzeit T T Totzeiten wirken sich in digitalen Regelsystem in erster Näherung etwa doppelt so stark auf die erreichbare Geschwindigkeitsverstärkung (K v -Wert) aus wie die zyklische Abtastzeit T A (Summe aller Totzeiten im Regelkreis T T ) für die maximal erreichbare dynamische Laststeifigkeit C dyn gilt das gleiche Quelle: Werner Philipp, Digitale Antriebe Regelung und SERCOS interface; 18 Antriebstechnik, 1992, Nr. 12, Seiten 30-38

19 Totzeit Zykluszeit Regler Strecke/ Stellglied bei der Auslegung digitaler Antriebsregelungen muß größerer Wert auf die Vermeidung bzw. Reduzierung von Totzeiten gelegt werden Zykluszeiten sind im Hinblick auf die erreichbare Regeldynamik zwar nicht unkritisch, aber weniger kritisch Quelle: Werner Philipp, Digitale Antriebe Regelung und SERCOS interface; 19 Antriebstechnik, 1992, Nr. 12, Seiten 30-38

20 Synchronized Digital Controllers large noise amplitude constant speed 10 m/min without synchronization constant speed 10 m/min with synchronization Regelung 20 Source: NC-Fertigung (magazine), vol. 2/93, page 55

21 zeitliche Synchronisierung Regelung 21

22 Kommunikationssysteme mit integrierter Echtzeitfähigkeit SERCOS interface PROFIBUS MC Ethernet real time (z. B. SERCOS III) FireWire-Based Servo Interface spezifische Erweiterungen von CAN MACRO.. Regelung 22

23 SERCOS interface MDT MST AT 1 AT 2 AT m AT M MST t 1.1 t 1.2 t 1.m t 1.M t 2 t Scyc t Scyc SERCOS Zykluszeit t 1.x Übertragungsstart des Antriebstelegramms AT t 2 Übertragungsstart des Mastertelegramms MDT Regelung 23

24 SIMOVERT SC 6SE7016-1EA30 WR 2,2 kw Nr SIMOVERT SC 6SE7016-1EA30 WR 2,2 kw Nr SIMOVERT SC 6SE7016-1EA30 WR 2,2 kw Nr PROFIBUS konstante Zykluszeit Synchronierung PROFIBUS Cycle PROCESS FIELD BUS GC S1 S2 S3 Other Reserve GC S1 S2 S3 Other Reserve SIEMENS SIEMENS SIEMENS Application Cycle (3 Drives) Regelung 24