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Hardware-P-Strom-, -Drehzahl- und Lageregler

IP.com Disclosure Number: IPCOM000209156D
Original Publication Date: 2011-Jul-29
Included in the Prior Art Database: 2011-Jul-29
Document File: 5 page(s) / 219K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Anforderungen an die Strom- und Drehzahlregelung im Bereich der Werkzeugmaschinen sind in den letzten Jahrzehnten stetig gestiegen, insbesondere was die Regelungsdynamik betrifft. Mit einer großen Bandbreite und schnellen Reglern können Störgrößen stärker unterdrückt werden. Des Weiteren können mit schnellen Reglern mechanische Defizite der Regelstrecke wie beispielsweise Resonanzen aktiv gedämpft werden. Bislang ist die vorhandene Reglerdynamik ausreichend. Bei hohen Ansprüchen werden die Abtastzeit von Strom- und Drehzahlregelung verkleinert, wobei sich der Rechenaufwand erheblich steigert. Wird die Abtastzeit in einem System von 125 Mikrosekunden auf 62,5 Mikrosekunden verringert, so können anstelle von sechs Antrieben mit einer Control Unit (eng. Regelungsgruppe) nur noch drei Antriebe geregelt werden. Somit sind gegebenenfalls mehrere Control Units erforderlich.

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Hardware-P-Strom-, -Drehzahl- und Lageregler

Idee: Dr. Franz Bauer, DE-Erlangen; Dr. Stefan Künzel, DE-Erlangen; Dr. Hubert Schierling, DE-
Erlangen

Die Anforderungen an die Strom- und Drehzahlregelung im Bereich der Werkzeugmaschinen sind in den letzten Jahrzehnten stetig gestiegen, insbesondere was die Regelungsdynamik betrifft. Mit einer großen Bandbreite und schnellen Reglern können Störgrößen stärker unterdrückt werden. Des Weiteren können mit schnellen Reglern mechanische Defizite der Regelstrecke wie beispielsweise Resonanzen aktiv gedämpft werden.

Bislang ist die vorhandene Reglerdynamik ausreichend. Bei hohen Ansprüchen werden die Abtastzeit von Strom- und Drehzahlregelung verkleinert, wobei sich der Rechenaufwand erheblich steigert. Wird die Abtastzeit in einem System von 125 Mikrosekunden auf 62,5 Mikrosekunden verringert, so können anstelle von sechs Antrieben mit einer Control Unit (eng. Regelungsgruppe) nur noch drei Antriebe geregelt werden. Somit sind gegebenenfalls mehrere Control Units erforderlich.

Die Leistungsteile verfügen über einen Hardware-Steuersatz-ASIC (eng. Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung), die bei der Auswertung der Messwerte und bei dem Stellen der Spannungen durch Raumzeigermodulation unterstützt werden. Indem der Funktionsumfang des ASICs erweitert und einige Änderungen in der Aufteilung der Funktionen auf Hard- und Software implementiert werden, sollen höhere Frequenzen als bisher ohne eintretende Verschlechterung der Qualität erzielt werden. In der Hardware sollen die schnell ablaufenden Schritte vorgenommen werden. In der Software, aufgeteilt auf die einzelnen Computer Units, werden hingegen die rechenintensiven und häufig geänderten Bestandteile bearbeitet. Falls es der Hardware innerhalb der Mindesteinschaltzeit der Transistoren gelingt den Spannungssollwert nach Durchlaufen von Lage-, Drehzahl-, und Stromregler bereitzustellen, ist die Totzeit der Regelung sehr klein und nicht durch die Berechnung beeinflusst. Im Folgenden werden Maßnahmen vorgeschlagen, um die Regler-Anteile für den Lageregler, den Drehzahlregler und den Stromregler zu bestimmen.

Eine vorgeschlagene Maßnahme ist es die Drehzahl und den Lage-Istwert über eine serielle digitale Schnittstelle aus dem Sensor in die Software zu laden und hier auszulesen. Die üblicherweise am Motorleistungsteil angesteckte Schnittstelle für den Motorgeber wird ebenfalls in der Software ausgelesen. Für die zu regelnden Größen müssen Proportional- und Integral-Anteil bestimmt werden. Der Proportional-Anteil ist erforderlich, wenn eine unmittelbare Reaktion erwünscht ist, der Integral- Anteil hingegen bewirkt eine langsame Reaktion und ist erforderlich, wenn ein stationärer Endwert eingestellt werden soll.

Der Lageregler-Proportional-Anteil kann im Steuersatz-ASIC bestimmt werden. Mit Kenntnis des Lage-Istwertes kann das Steuersatz-ASIC den P-Anteil...