Vorlesung Bewegungssteuerung durch geregelte elektrische Antriebe Regelung 1

Vorlesung „Bewegungssteuerung durch geregelte elektrische Antriebe“ Regelung 1

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

Control Schemes position controller speed controller torque/current controller servo motor commutation signals tacho generator position encoder cascaded control with 3 control loops Regelung 3

Betragsoptimum/symmetrisches Optimum Regelung 4

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

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

Optimierung nach dem symmetrischen Optimum Regelung 7

Nyquist-Kriterium Stabilität von geschlossenen Regelkreisen imaginäre Achse komplexe Ebene der Übertragungsfunktion des offenen (!) Regelkreises (-1, j 0) reale Achse ωω Regelung 8

Nyquist-Kriterium Stabilität von geschlossenen Regelkreisen Regelung 9

Optimierung nach dem symmetrischen Optimum Regelung 10

Symmetrisches Optimum Sprungantworten Regelung 11

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

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

Besonderheiten bei „digitaler“ Regelung 14

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

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

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

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

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 Regelung Quelle: Werner Philipp, Digitale Antriebe und SERCOS interface; Antriebstechnik, 1992, Nr. 12, Seiten 30 - 38 19

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

zeitliche Synchronisierung Regelung 21

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

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

PROFIBUS q konstante Zykluszeit q Synchronierung PROFIBUS Cycle GC SIEMENS S 1 S 2 S 3 Other Reserve GC S 1 S 2 S 3 Other Reserve SIEMENS Application Cycle (3 Drives) SIMOVERT SC 6 SE 7016 -1 EA 30 WR 2, 2 k. W Nr. 467321 Regelung 24