DE102004024243B4

DE102004024243B4 - Ansteuerung eines Antriebsmotors zum Anfahren einer vorgegebenen Soll-Position, insbesondere für ein Regalbediengerät, und ein entsprechendes Verfahren zur Ansteuerung

Info

Publication number: DE102004024243B4
Application number: DE200410024243
Authority: DE
Inventors: Dominik Gräfer; Gerhard Lehmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Dematic GmbH
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: EP1751636A2; DE102004024243A1; WO2005111749A2; WO2005111749A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerung eines Antriebsmotors zum Anfahren einer vorgegebenen Soll-Position, insbesondere für ein Regalbediengerät, und ein entsprechendes Steuerungsverfahren, jeweils mit einem Wegmesser. Damit ein Hubwagen oder ein Mast keine unerwünschten Schwingungen ausführt, wird vorgeschlagen, dass eine Lagesteuerung vorgesehen ist, die eine Soll-Positionsvorgabe anhand der Ist-Position in eine Soll-Beschleunigungsvorgabe umsetzt, dass ein Beschleunigungssteller vorgesehen ist, der die vorgegebene Soll-Beschleunigung in eine entsprechende Drehzahlbeschleunigung umsetzt, dass zumindest ein Beschleunigungssensor (14) vorgesehen ist, dass die Differenz aus der Ist-Beschleunigung und der Soll-Beschleunigung gebildet wird und dass jeweils unter Bildung eines Regelkreises die Differenz auf die Soll-Beschleunigungsvorgabe und die Ist-Position auf die Soll-Positionsvorgabe aufgeschaltet werden. Speziell ist eine Lagesteuerung vorgesehen, welche die Umsetzung in eine Soll-Drehzahlvorgabe mit einem entsprechenden Drehzahlsteller (6) vornimmt, wobei aus der Differenz durch Integration über der Zeit die momentane Drehzahlabweichung berechnet wird. Jeweils unter Bildung eines Regelkreises werden die Drehzahlabweichung auf die Soll-Drehzahlvorgabe und die Ist-Position auf die Soll-Positionsvorgabe aufgeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerung, insbesondere für ein Regalbediengerät, und ein entsprechendes Verfahren zur Ansteuerung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 2, 10 und 11.
Es ist bekannt, als Antrieb für Hubwagen von Regalbediengeräten als auch für die Regalbediengeräte selbst mit Frequenzumrichtern zur Ansteuerung versehene Asynchronmotoren einzusetzen. Zum Anfahren einer gewünschten Position in einem Regallager werden dabei Wegmesser eingesetzt, welche jeweils die Position erfassen. Anhand dieser Ist-Position wird die gewünschte Soll-Position mittels einer Lagesteuerung in eine Drehzahlvorgabe umgesetzt. Der Frequenzumrichter weist einen Drehzahlsteller und einen Stromregelkreis für den Motorstrom auf. Er hat einen Eingang zur Vorgabe der Soll-Drehzahl und einen Ausgang zum Anschluss des Asynchronmotors. Der Drehzahlsteller des Frequenzumrichters setzt die Soll-Drehzahl in eine Stromvorgabe um. Anhand dieser Stromvorgabe wird mittels des Stromregelkreises der Antriebsstrom für den Asynchronmotor erzeugt. Zur Regelung der Drehzahl wird die Motordrehzahl intern an den Eingang des Frequenzumrichters zurückgeführt.

Insbesondere ist aus der US 5 184 055 bereits ein gattungsgemäßer Linearantrieb mit einer Positionsregelung bekannt, die als Kaskadenregelung mit äußerer Positionsregelschleife und innerer Beschleunigungsregelschleife ausgeführt ist. Die Positionsregelschleife erfolgt mit einer Rückführung der gemessenen Ist-Position, die dabei auf die Soll-Positionsvorgabe (designated value) aufgeschaltet ist und deren Differenz einem Regler zugeführt wird. Die gemessene Ist-Beschleunigung wird dabei über einen einstellbaren Verstärker und ein Filter zurückgeführt und auf den Ausgang des Reglers aufgeschaltet, was eine Soll-Beschleunigungsvorgabe entspricht. Der Verstärker kann mit einer Verstärkung eins betrieben werden; das Ist-Beschleunigungssignal ist so direkt durchschaltbar. Das Filter bewirkt dabei eine Bandbegrenzung dieses Signals.

Aus Schlitt H.: Regelungstechnik, 1. Auflage, Würzburg, Vogel, 1988, S. 216, ist weiter bereits eine direkte Rückführung einzelner Ist-Werte in einer Kaskadenregelung bekannt.

Ferner offenbart Pfaff G., Meier C.: Regelung elektrischer Antriebe, 3. Auflage, München, Wien, Oldenbourg Verlag, 1992, S. 182, eine Positionsregelung mit einer unterlagerten Rückführung der Geschwindigkeitsdifferenz.

Nachteilig ist bei bekannten Regalbediengeräten, dass es beim Anfahren der Soll-Position aufgrund der Länge des Hubwagenseiles und der Höhe des Masts aufgrund ihrer Elastizitäten regelmäßig zu unerwünschten Schwingungen kommt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansteuerung und ein Verfahren zu Ansteuerung eines Antriebsmotors zu schaffen, bei dem der Hubwagen bzw. der Mast keine unerwünschten Schwingungen ausführt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist bezogen auf die Ansteuerung durch die im Anspruch 1 und 2 und bezogen auf das Verfahren durch die im Anspruch 10 und 11 angegebenen Merkmal gegeben. Die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen.

Die Lösung sieht bezogen auf eine erste Ansteuerung vor, dass ein weiterer Regelkreis vorgesehen ist, über den die Drehzahl des Antriebsmotors direkt vom Antriebsmotor zurückgeführt wird, und dass der Beschleunigungssensor am zu positionierenden Objekt angeordnet ist, dessen Verbindung mit dem Antriebsmotor eine Elastizität aufweist.

Die Lösung sieht bezogen auf eine zweite Ansteuerung vor, dass ein weiterer Regelkreis vorgesehen ist, über den die Drehzahl des Antriebsmotors direkt vom Antriebsmotor zurückgeführt wird, und dass der Beschleunigungssensor am zu positionierenden Objekt angeordnet ist, dessen Verbindung mit dem Antriebsmotor eine Elastizität aufweist.

Durch Erfassung und Zuschaltung der Ist-Beschleunigung und der Ist-Position lässt sich mittels des so gebildeten Regelkreises ein Schwingen nahezu vollständig unterdrücken. Man hat es hier mit einer aktiven Schwingungsdämpfung zu tun.

Mit geringem Aufwand lassen sich Schwingungen unterdrücken, wenn das Aufschalten erst bei einem vorgegebenen Abstand vor Erreichen der Soll-Position erfolgt.

Technisch einfach ist es, wenn die Soll-Beschleunigung jeweils einen trapezförmigen Zeitverlauf aufweist.

Einen kostengünstigen und verschleißarmen Antrieb erhält man, wenn der Drehzahlsteller zu einem Frequenzumrichter gehört und der Antriebsmotor als Asynchronmotor ausgebildet ist.

Der technische Aufwand verringert sich, wenn der Frequenzumrichter die vorgegebene Soll-Drehzahl anhand einer Soll-Stromvorgabe mittels eines Stromregelkreises in einen Antriebsstrom des Antriebsmotors umsetzt, wobei zur Einstellung der Soll-Drehzahl eine Drehzahlrückführung erfolgt.

Eine stabile Ansteuerung erhält man, wenn die Ansteuerung getaktet in äquidistanten Zeitintervallen erfolgt und die Integration jeweils durch das Produkt aus der Differenz und der Taktzeit ersetzt ist. Eine übliche Taktzeit liegt bei 10 ms.

Der Beschleunigungssensor ist am Hubwagen angeordnet, wenn der Antriebsmotor zum Hubwagen eines Regalbediengerätes gehört.

Im Falle eines Regalbediengerätes mit schwingendem Mast gelingt eine gute Schwingungsdämpfung, wenn je ein Beschleunigungssensor im Bereich der Kopftraverse und an der Bodentraverse angeordnet ist und durch Differenzbildung dieser beiden Beschleunigungen die Ist-Beschleunigung der Kopftraverse ermittelt wird
wenn die Ansteuerung getaktet in äquidistanten Zeitintervallen erfolgt und die Integration jeweils durch das Produkt aus der Differenz und der Taktzeit ersetzt ist.

Die Lösung sieht bezüglich des ersten Verfahrens vor, dass die Drehzahl des Antriebsmotors in einem weiteren Regelkreis direkt vom Antriebsmotor zurückgeführt wird, und dass der Beschleunigungssensor am zu positionierenden Objekt angeordnet ist, dessen Verbindung mit dem Antriebsmotor eine Elastizität aufweist.

Die Lösung sieht bezüglich des zweiten Verfahrens vor, dass die Drehzahl des Antriebsmotors in einem weiteren Regelkreis direkt vom Antriebsmotor zurückgeführt wird, und dass der Beschleunigungssensor am zu positionierenden Objekt angeordnet ist, dessen Verbindung mit dem Antriebsmotor eine Elastizität aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben, wobei die einzige Figur die Ansteuerung in einer schematischen Darstellung für einen Asynchronmotor mit einem Frequenzumrichter zeigt, welche zu einem Seilhubwerksantrieb oder zu einem Fahrwerksantrieb eines Regalbediengeräts gehören (beide nicht gezeigt).
Die Ansteuerung umfasst eine Lagesteuerung, zu der ein Positionsregler 1 als Soll-Drehzahl- und Beschleunigungsgeber mit einem Eingang 2 gehört, an den eine gewünschte Soll-Position eingebbar ist. Der Positionsregler 1 wandelt die Soll-Position in eine Drehzahlvorgabe um, die dann an seinem Ausgang 3 zur Verfügung steht. Der Ausgang 3 ist mit dem Eingang 4 eines Frequenzumrichters 5 verbunden, der einen Drehzahlsteller 6 aufweist, der die vorgegebene Soll-Drehzahl in eine Soll-Stromvorgabe umrechnet. Dabei ist – wie die Figur zeigt – der Eingang 4 mit dem Eingang des Drehzahlstellers 6 direkt verbunden. Außer dem Drehzahlsteller 6 weist der Frequenzumrichter 5 einen dem Drehzahlsteller 6 nachgeschalteten Stromregelkreis 7 auf, an dessen Eingang die Soll-Stromvorgabe anliegt. Mittels des Stromregelkreises 7 wird der generierte Ist-Strom über eine Rückführung 7a auf den Eingang des Stromregelkreises 7 zurückgeführt. Der Stromregelkreis 7 liefert den Antriebsstrom für den Antriebsmotor 8, der am Ausgang 9 des Frequenzumrichters 5 angeschlossen ist. Wie die Figur zeigt, weist der Frequenzumrichter 5 noch einen zweiten Eingang 10 auf, über den die Drehzahl des Antriebsmotors 8 über eine frequenzumrichterinterne Rückführung 11 auf den Eingang des Drehzahlstellers 6 zurückgeführt wird.
Zur Bestimmung der jeweiligen Ist-Position dient ein Wegmesser 12, der am Hubwagen oder der Bodentraverse des Regalbediengeräts angeordnet ist. Das Ausgangssignal (Ist-Position) des Wegmessers 12 wird über den Vergleichspunkt 13 auf den Eingang 2 des Positionsreglers 1 gegeben. Am Vergleichspunkt 13 werden die Soll-Position und die Ist-Position miteinander verglichen und die Differenz auf den Eingang 2 des Positionsreglers 1 gegeben. Die Ist-Position ist selbstverständlich von der Zahl der vom Motor 8 ausgeführten Umdrehungen abhängig, was durch die gestrichelte Linie 13a in der Figur angedeutet ist. Wie man sieht, ergibt sich dadurch ein geschlossener Regelkreis für die Soll-Position. Durch die Rückkopplung der Ist-Position wird aus der Lagesteuerung eine Lageregelung, wobei die Rückkopplung zuschaltbar ist. Die Zuschaltung kann beispielsweise jeweils kurz vor Erreichen der Soll-Position selbsttätig erfolgen.
Wie der Figur entnehmbar ist, verfügt die Ansteuerung weiter über einen Beschleunigungssensor 14, der ebenfalls am Hubwagen oder dem Mast des Regalbediengeräts angeordnet ist. Der Beschleunigungssensor 14 erfasst die Ist-Beschleunigung, welche in einem Differenzglied 15 mit der vom Positionsregler 1 vorgebbaren Soll-Beschleunigung verglichen wird (Soll-Beschleunigungsvorgabe 16).
Bei einer einfachen Ausführung erfolgt die Beschleunigung jeweils trapezförmig, d.h. die Soll-Beschleunigung hat einen trapezförmigen Zeitverlauf mit einer Anstiegsflanke, einem Trapezdach (konstante Beschleunigung) und einer Abstiegsflanke. Dabei ist die Beschleunigung beim Anfahren positiv und beim Abbremsen negativ. Zwischen zwei trapezförmigen Beschleunigungsverläufen (Anfahren und Abbremsen) erfolgt keine Beschleunigung, so dass sich das Regalbediengerät bzw. der Hubwagen mit nahezu konstanter Geschwindigkeit bewegt.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Ansteuerung in äquidistanten Zeitintervallen von 10 ms, d.h. die Taktzeit T ist gleich 10 ms.
Aus der Differenz von Soll-Beschleunigung und Ist-Beschleunigung wird durch Integration I über der Zeit die momentane Drehzahlabweichung berechnet. Im Falle der getakteten Steuerung mit einer Taktzeit T von 10 ms kann man die Integration vereinfachen, indem einfach das Produkt aus der Beschleunigungsdifferenz und der Taktzeit T gebildet wird. Die momentane Drehzahlabweichung ist über einen Vergleichspunkt 17 auf den Eingang des Drehzahlstellers 6 aufschaltbar, wodurch sich eine Drehzahlkorrekturregelung ergibt. Die Rückführung der Drehzahl kann wie die Rückführung der Ist-Position zugeschaltet werden, wenn sich das Regalbediengerät bzw. der Hubwagen in der Nähe seiner Soll-Position befindet.
Durch die Drehzahlkorrektur anhand der erfassten Beschleunigung können Schwingungen wirksam unterdrückt werden. Schwingungen entstehen beim Anfahren und beim Abbremsen, aber auch während der Fahrt mit konstanter Drehzahl, da der an einem Seil aufgehängte Hubwagen als auch der Mast des Regalbediengeräts eine Elastizität aufweisen, was in der Figur schematisiert als Feder 18 dargestellt ist.
Die Positionsregelung wird immer zusammen mit der schwingungsbedingten Drehzahlkorrekturregelung ausgeführt. Beide Regelungen können auch ständig zugeschaltet sein.
In dem Falle, in dem nicht der Hubantrieb, sondern der Fahrantrieb des Regalbediengeräts selbst angesteuert wird, wird je ein Beschleunigungssensor 14 (oben) im Bereich der Kopftraverse (oberes Ende des Mastes) und (unten) an der Bo dentraverse angeordnet und durch Differenzbildung dieser beiden Beschleunigungen die Ist-Beschleunigung allein der Kopftraverse ermittelt.
Bei einer zweiten Ausführung wird auf die Integration der momentanen Drehzahlabweichung verzichtet und anstatt des Drehzahlstellers ist im Frequenzumrichter 5 ein Beschleunigungssteller vorgesehen. Der Positionsregler gibt dann keine Drehzahl mehr vor, sondern die Soll-Beschleunigung wird direkt an den Eingang des Frequenzumrichters 5 bzw. auf den Vergleichspunkt 17 gegeben. Die Grundlage für diese Lösung ist die Entsprechung von translatorischer und rotatorischer Beschleunigung (Drehbeschleunigung).

1: Positionsgeber
2: Eingang
3: Ausgang
4: Eingang
5: Frequenzumrichter
6: Drehzahlsteller
7: Stromregelkreis
7a: Rückführung
8: Antriebsmotor
9: Ausgang
10: Eingang
11: Rückführung
12: Wegmesser
13: Vergleichspunkt
14: Beschleunigungssensor
15: Differenzglied
16: Soll-Beschleunigungsvorgabe
17: Vergleichspunkt
18: Feder
T: Taktzeit

Claims

Ansteuerung eines Antriebsmotors (8) zum Anfahren einer vorgegebenen Soll-Position, insbesondere für ein Regalbediengerät, mit einem Wegmesser (12)zur Erfassung der jeweiligen Ist-Position, mit einer Lagesteuerung, die eine Soll-Positionsvorgabe anhand der Ist-Position in eine Soll-Beschleunigungsvorgabe umsetzt, mit einem Beschleunigungssteller, der die vorgegebene Soll-Beschleunigung in eine entsprechende Drehzahlbeschleunigung des Antriebsmotors (8) umsetzt, und mit zumindest einem Beschleunigungssensor (14) zur Erfassung der Ist-Beschleunigung, wobei die Differenz aus der Ist-Beschleunigung und der Soll-Beschleunigung gebildet wird und wobei jeweils unter Bildung eines Regelkreises die Differenz auf die Soll-Beschleunigungsvorgabe und die Ist-Position auf die Soll-Positionsvorgabe aufgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Regelkreis vorgesehen ist, über den die Drehzahl des Antriebsmotors (8) direkt vom Antriebsmotor (8) zurückgeführt wird, und dass der Beschleunigungssensor (14) am zu positionierenden Objekt angeordnet ist, dessen Verbindung mit dem Antriebsmotor (8) eine Elastizität aufweist.
Ansteuerung eines Antriebsmotors (8) zum Anfahren einer vorgegebenen Soll-Position, insbesondere für ein Regalbediengerät, mit einem Wegmesser (12) zur Erfassung der jeweiligen Ist-Position, mit einer Lagesteuerung, die eine Soll-Positionsvorgabe anhand der Ist-Position in eine Soll-Drehzahlvorgabe umsetzt, und mit einem Drehzahlsteller (6), der die vorgegebene Soll-Drehzahl in eine entsprechende Drehzahl des Antriebsmotors (8) umsetzt, mit zumindest einem Beschleunigungssensor (14) zur Erfassung der Ist-Beschleunigung, wobei die Differenz aus der Ist-Beschleunigung und der Soll-Beschleunigung gebildet wird, wobei die momentane Drehzahlabweichung durch Integration über der Zeit aus der Differenz berechnet wird, und wobei jeweils unter Bildung eines Regelkreises die Drehzahlabweichung auf die Soll-Drehzahlvorgabe und die Ist-Position auf die Soll-Positionsvorgabe aufgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Regelkreis vorgesehen ist, über den die Drehzahl des Antriebsmotors (8) direkt vom Antriebsmotor (8) zurückgeführt wird, und dass der Beschleunigungssensor (14) am zu positionierenden Objekt angeordnet ist, dessen Verbindung mit dem Antriebsmotor (8) eine Elastizität aufweist.
Ansteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschalten erst bei einem vorgegebenen Abstand vor Erreichen der Soll-Position erfolgt.
Ansteuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Beschleunigung jeweils einen trapezförmigen Zeitverlauf aufweist.
Ansteuerung nach einem der Ansprüche 2 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsteller (6) zu einem Frequenzumrichter (5) gehört und der Antriebsmotor (8) als Asynchronmotor ausgebildet ist.
Ansteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (5) die vorgegebene Soll-Drehzahl anhand einer Soll-Stromvorgabe mittels eines Stromregelkreises (7) in einen Antriebsstrom des Antriebsmotors (8) umsetzt, wobei zur Einstellung der Soll-Drehzahl eine Drehzahlrückführung erfolgt.
Ansteuerung nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung getaktet in äquidistanten Zeitintervallen erfolgt und die Integration jeweils durch das Produkt aus der Differenz und der Taktzeit (T) ersetzt ist.
Ansteuerung nach einem der Ansprüche 1 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (8) zum Hubwagen eines Regalbediengeräts gehört und der Beschleunigungssensor (14) am Hubwagen angeordnet ist.
Ansteuerung nach einem der Ansprüche 1 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Regalbediengerät je ein Beschleunigungssensor (14) im Bereich der Kopftraverse und an der Bodentraverse angeordnet ist und durch Differenzbildung dieser beiden Beschleunigungen die Ist-Beschleunigung der Kopftraverse ermittelt wird.
Verfahren zur Ansteuerung eines Antriebsmotors (8) zum Anfahren einer vorgegebenen Soll-Position, insbesondere für ein Regalbediengerät, bei dem die jeweilige Ist-Position mit einem Wegmesser (12) erfasst wird, bei dem mittels einer Lagesteuerung eine Soll-Positionsvorgabe anhand der Ist-Position in eine Soll-Beschleunigungsvorgabe umgesetzt wird, bei dem mittels eines Beschleunigungsstellers die vorgegebene Soll-Beschleunigung in eine entsprechende Drehzahl des Antriebsmotors (8) umgesetzt wird, bei dem die Ist-Beschleunigung mittels zumindest eines Beschleunigungssensors (14) erfasst wird, bei dem die Differenz aus der Ist-Beschleunigung und der Soll-Beschleunigung gebildet wird und bei dem jeweils unter Bildung eines Regelkreises die Differenz auf die Soll-Beschleunigungsvorgabe und die Ist-Position auf die Soll-Positionsvorgabe aufgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Antriebsmotors (8) in einem weiteren Regelkreis direkt vom Antriebsmotor (8) zurückgeführt wird, und dass der Beschleunigungssensor (14) am zu positionierenden Objekt angeordnet ist, dessen Verbindung mit dem Antriebsmotor (8) eine Elastizität aufweist.
Verfahren zur Ansteuerung eines Antriebsmotors (8) zum Anfahren einer vorgegebenen Soll-Position, insbesondere für ein Regalbediengerät, bei dem die jeweilige Ist-Position mit einem Wegmesser (12) erfasst wird, mit einer Lagesteuerung, die eine Soll-Positionsvorgabe anhand der Ist-Position in eine Soll-Drehzahlvorgabe umsetzt, und mit einem Drehzahlsteller (6), der die vorgegebene Soll-Drehzahl in eine entsprechende Drehzahl des Antriebsmotors (8) umsetzt, bei dem die Ist-Beschleunigung mittels zumindest eines Beschleunigungssensors (14) ermittelt wird, bei dem die Differenz aus der Ist-Beschleunigung und der Soll-Beschleunigung gebildet wird, bei dem die momentane Drehzahlabweichung durch Integration über der Zeit aus der Differenz berechnet wird und bei dem jeweils unter Bildung eines Regelkreises die Drehzahlabweichung auf die Soll-Drehzahlvorgabe und die Ist-Position auf die Soll-Positionsvorgabe aufgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Antriebsmotors (8) in einem weiteren Regelkreis direkt vom Antriebsmotor (8) zurückgeführt wird, und dass der Beschleunigungssensor (14) am zu positionierenden Objekt angeordnet ist, dessen Verbindung mit dem Antriebsmotor (8) eine Elastizität aufweist.