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DE2310443C3 - Procedure for position control of speed or armature voltage controlled DC drives - Google Patents

Procedure for position control of speed or armature voltage controlled DC drives

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Publication number
DE2310443C3
DE2310443C3 DE19732310443 DE2310443A DE2310443C3 DE 2310443 C3 DE2310443 C3 DE 2310443C3 DE 19732310443 DE19732310443 DE 19732310443 DE 2310443 A DE2310443 A DE 2310443A DE 2310443 C3 DE2310443 C3 DE 2310443C3
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DE
Germany
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speed
drive
current
setpoint
braking
Prior art date
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Expired
Application number
DE19732310443
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German (de)
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DE2310443A1 (en
DE2310443B2 (en
Inventor
Wilhelm 1000 Berlin; Arzenheimer Martin 8831 Marienstein Naffin
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication of DE2310443B2 publication Critical patent/DE2310443B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2310443C3 publication Critical patent/DE2310443C3/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

gebildete Größe als Zusatzstromsollwert korrigierend in die Stromregelung eingreift, wobei (1 — Is)-K auf den Wert ± I begrenzt ist sowie K einen einstellbaren Verstärkungsfaktor und der Wert 1 bzw. ± 1 gleich 100% des gültigen Regelsignalpegels bedeuten.The variable formed as an additional current setpoint intervenes correctively in the current control, with (1 - Is) -K is limited to the value ± I and K an adjustable gain factor and the value 1 or ± 1 equals 100% of the valid control signal level mean.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß bis zum Beginn der Bremsphase eine dem maximal zulässigen Drehzahl- bzw. Ankerspannungssollwert entsprechende konstante Größe, die gleichbedeutend ist mit 100% des gültigen Regelsignalpegels, als Drehzahl- bzw. Ankcrspannungssollwerl vorgegeben wird.2. The method according to claim I. characterized in that until the beginning of the braking phase a constant corresponding to the maximum permissible speed or armature voltage setpoint Quantity that is synonymous with 100% of the valid control signal level, as speed or Anchor voltage setpoint is specified.

3. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß bis zum Beginn der Bremsphase der Drehzahl- bzw. Ankerspannungssollwert von dem jeweils noch zurückzulegenden Weg ( I.s) abgeleitet wird.3. The method according to claim I. characterized in that that up to the beginning of the braking phase the speed or armature voltage setpoint is derived from the distance (I.s) still to be covered will.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch abgewandelt, daß der Zusatzstromsollwert nach der Beziehung4. The method according to claim 1, modified in that the additional current setpoint after the relationship

i\. =| I Is-H-)-(I - Is)- K L-i-eregelunaen in industriellen Anlagen sollen mi alluemeinen zeitoptimal sein, d.h.. es genügt nicht. Je "wünschte Lage mit einem möglichst kleinen u iT.yuHssieen Fehler anzufahren, sondern dies soll STder k&tmöglichen Zeit geschehen. Dies gilt ,nbesonderemMaßefürdieWalzenanstellung.n Walzwerken Als Antrieb wird üblicherweise ein stromriduergespeister. fremderregter Gleichstrommotori \. = | I Is-H -) - (I - Is) - K Li-eregelunaen in industrial plants should generally be time-optimal, ie. it is not enough. To approach the more "wished position with the smallest possible u iT.yuHssieen error, but this should be done generating regime time STder k. This is true nbesonderemMaßefürdieWalzenanstellung.n rolling mills as the drive is usually a stromriduergespeister. Separately excited DC motor

gebildet und vorzcichenrichlig auf den Slromsollwert (Ix) geschaltet wird.is formed and switched to the current setpoint (I x ) with a sign.

5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der um den Zusal/slromsollwcrt (i.s.) korrigierte Stromsollwerl auf einen Wert begrenzt wird, der dem maximal zulässigen Stromsollwcri entspricht.5. The method according to claim I, characterized in that that the target word for the addition (i.s.) corrected Stromsollwerl is limited to a value that corresponds to the maximum permissible Stromsollwcri is equivalent to.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lageregelung von drehzahl- oder ankerspannungsgeregelten Gleichstromantrieben mit unterlagcrter Stromregelung.The invention relates to a method for regulating the position of speed or armature voltage regulated DC drives with subordinate current control.

Bekannte Lageregelungen sind im allgemeinen nach dem Prinzip des sogenannten Stromtatver ahrens ^f »ebaut (AEG-Mitteilungen 54 [1964] 111- S. o78 bis 681). Dabei wird die Differenz zwischen Lagesoll- und * Leistweit einem Lageregler zugeführt. Der Laaereafer bildet in Abhängigkeit von dem vorhandenen Webfehler den Drehzahlsollwert und der Drehzahlregler in Abhängigkeit von dem vorhandenen Drehzahlfehler den Stromsollwert. Es sind somit drei einander jeweils untergeordnete Regelkreise vorhanden Der Stromregler beeinflußt dann beispielsweise ein Impulseerät, welches die Zünd.mpulse fur den Stromrichter liefert. Bei analogen Methoden zur Messung der Lage. z. B. mittels Potentiometer oder Drehmelder wird die Differenz zw.scnen Lagesoll- und Seistwe t. also die Wegdifferenz Is direkt vom Skiern gebildet. Be, digitalen Verfahren kann im e,nf ,eisten,Fall die Wegdifferenz durch einen Subtrahiere gebildet werden. Je nach der Aufgabenstellung kommt hierfür auch ein Rechengerat bzw e.n Prozeßrechner zum Einsatz.Known position controls are generally based on the principle of the so-called Stromtatver ahrens ^ f »Built (AEG-Mitteilungen 54 [1964] 111- p. O78 to 681). The difference between the nominal position and the * power width is fed to a position controller. the Laaereafer forms depending on the existing Web error the speed setpoint and the speed controller the current setpoint depending on the existing speed error. So there are three there are subordinate control loops in each case. The current controller then influences, for example a pulse device that generates the ignition pulses for the Converter supplies. With analog methods of measurement the situation. z. B. by means of a potentiometer or resolver the difference between the nominal position value and the sea value is calculated. so the path difference Is directly from Formed skis. Be, digital process can be in e, nf , eisten, case the path difference by a subtract are formed. Depending on the task at hand, there is also a computer or a process computer for use.

Beim Zuschalten der Lageregelung, also zu dem Zeitpunkt, von dem ab sich der Antrieb von der augenblicklichen Lage in die neue, vorgegebene Lage be-Sen soll, ist der Lageregler und der Drehzahlregler übersteuert, und nur der Stromregler ,st führend, dlh er führt den Ankerstrom an der fur den Motor zulässigen Stromgrenze. Dies ist im Interesse der maximal möalichen Beschleunigung notwendig Hat der Motor nach dem Hochlaufen seine maximale Drehzahl , erreicht so ist der Drehzahlregler mehl; mehr ubersteuert-Dadurch wird der Sollwert für den Stromregler ο weit reduziert, daß der Motor nur noch den Strom führt der für die Überwindung der Reibung unter Beibehaltung der Drehzahl erforderlich ist. -, s,Ite Differenz zwischen der Soll- und Istlage so klein geworden, daß die Bremsung des Antriebes einsetzen muß, geht auch der Lageregler aus dem Ubersteueiungsbereich heraus. Der Drehzahlsollwert wird dann vom Lageregler so bis auf Null gefuhrt daß der ο Antrieb mit der vorgegebenen Genau.gkeU in der richtigen Lage zu stehen kommt.When the position control is switched on, i.e. at the point in time from which the drive deviates from the current one Position in the new, given position is the position controller and the speed controller overridden, and only the current controller, is leading, This means that it leads the armature current to the current limit permissible for the motor. This is in the interests of the maximum possible acceleration necessary Does the engine have its maximum speed after starting up , reached so the speed controller is flour; more overdriven-This the setpoint for the current controller is ο reduced so that the motor only supplies the current leads which is necessary for overcoming the friction while maintaining the speed. -, s, Ite Difference between the target and actual position so If the braking of the drive has become small, the position controller also goes out of the overriding range out. The speed setpoint is then brought to zero by the position controller so that the ο Drive with the specified accuracy in the comes to the right position.

Bei dem bekannten Verfahren ist die Verstärkung im Lageregelkreis durch das Verhältnis von maximaler Geschwindigkeit zum Bremsweg bestimmt. Das wiederum bestimmt die Verstärkung des Drehzahlreglers. Je größer nun der Bremsweg und je geringer damit die Verstärkung im Lageregelkreis ,st. desto größer muß die Verstärkung des Drehzahlreglers sein damit dieser auch noch bei sehr kleinen Wegd.fferenzen Is auf die dann entsprechend kleinen Drehzahl sollwerte so reagiert, daß der von ihm ausgegeben* Stromsollwert ausreicht, um den Antrieb den /im Verfahren in die Sollage erforderlichei^Mindeststron zuzuführen. Die Verstärkung ues ^rcnza,.,reg,er: läßt sich jedoch nicht unbegrenzt erhohen, sonder, ist durch den mechanischen Teil des Antriebs begrenzt dessen elastische Teile und Kupplungslose bei über schreitung einer bestimmten Verstärkung zu unzuIn the known method is the reinforcement determined in the position control loop by the ratio of the maximum speed to the braking distance. This in turn determines the gain of the speed controller. The greater the braking distance and the shorter so that the gain in the position control loop, st. the greater the gain of the speed controller must be so that this even with very small paths Is reacts to the correspondingly small speed setpoints in such a way that the output from it * Current setpoint is sufficient to control the drive Procedure in the Sollage required ^ minimum current to feed. The reinforcement ues ^ rcnza,., Reg, er: cannot be increased indefinitely, but is limited by the mechanical part of the drive, its elastic parts and coupling slack at over A certain gain is not reached

5555

h0h0

lässigen Schwingungen rühren.stir permissive vibrations.

1st die Lageregelung auf einem digitalen Prinzip aufgebaut, so ergeben sich noch zusätzliche Schwierigkeiten. Der noch zu verfahrene Weg Is muß von einem Diiiital-Analog-Umsetzer in eine analoge Spannung IbZ-W. Strom) gewandelt werden. Da der Digitalwert sich stufenweise verändert, erfolgt dies auch bei der analouen Spannung. Der analoge Drehzahlsollwert ■indert sich somit während der Bremsphase nicht kontinuierlich. Der Drehzahlsollwert setzt sich vielmehr aus einer Gleichspannungs- und einer Wechselspannungskomponeme zusammen. Bei einer hohen Regelgüte, bei der also eine große Verstärkung des Drehzahlreglers erforderlich ist, wird dieser durch die Wechselspannungskomponente bereits übersteuert, wodurch die Verstärkung reduziert wird. Als Folge ergibt sich ein verzögerter Einsatz und ehe Verminderuna des Bremsstromes und dadurch wiederum die Nofwendiiikeit. den Bremseinsatzpunkl noch weiter vorzuverlegen. Dadurch wird weder ein optimales Zeitverhalten noch die geforderte Genauigkeit erreicht. If the position control is based on a digital principle, additional difficulties arise. The path Is still to be traveled must be converted into an analog voltage IbZ - W. Strom) by a diiiital-analog converter. Since the digital value changes in stages, this also happens with the analog voltage. The analog speed setpoint does not ■ change continuously during the braking phase. Rather, the speed setpoint is composed of a direct voltage component and an alternating voltage component. In the case of a high control quality, in which a large gain of the speed controller is required, this is already overridden by the alternating voltage component, whereby the gain is reduced. As a result, there is a delayed use and before a reduction in the braking current and thus in turn the necessity. to bring the braking point forward even further. As a result, neither an optimal time response nor the required accuracy is achieved.

Aufiiabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzuheben," das die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet, und damit ein günstigeres dynamisches Verhalten und eine höhere Genauigkeit, insbesondere bei größeren Bremswegen, aufweist.The object of the invention is to raise a method " which avoids the disadvantages of the known method, and thus a cheaper dynamic one Behavior and a higher accuracy, especially with longer braking distances.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß laufend die Differenz aus zwei Größen gebildet wird, von denen die erste aus dem bis zur vorgeiiebenen Sollage jeweils noch zurückzulegenden Wes> Is des Antriebs und die zweite aus dem Quadrat der augenblicklichen Anlriebsdrehzahl ir abgeleitet sind, daß bei Polaritätsumkehr dieser Differenz, d. h. beim übergang der Beziehung Is' — /r > 0 in ls' _ if < 0, wobei Is' eine aus der Größe Is durch Verstärkung und Begrenzung auf den gültigen Regelsignalpegel abgeleitete Größe darstellt, die Bremsphase des Antriebs dadurch eingeleitet wird, daß der für den Antrieb zur Beschleunigung und gegebenenfalls anschließenden Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit vorgegebene Drehzahl- bzw. Ankerspannungssollwert auf Null geschaltet wird und daß während der Bremsphase eine aus dem jeweils noch zurückzulegenden Weg Is und dem Quadrat der augenblicklichen Antriebsdrehzahl ;jj nach der Beziehung Der während der Bremszeit zurückgelegte Weg istAccording to the invention, this object is achieved in that the difference is continuously formed from two variables, of which the first is derived from the Wes> Is of the drive that has to be covered up to the specified target position and the second is derived from the square of the current drive speed ir The polarity of this difference is reversed, ie when the relationship Is' - / r> 0 changes into l s ' _ if < 0, where Is' is a variable derived from the variable Is through amplification and limitation to the valid control signal level, which results in the braking phase of the drive it is initiated that the speed or armature voltage setpoint specified for the drive for acceleration and, if necessary, subsequent travel at constant speed is switched to zero and that during the braking phase one of the distance Is still to be covered and the square of the current drive speed; j j after the relationship is The distance covered during the braking time

Diese Beziehung kann auch geschrieben werdenThis relationship can also be written

2- I-2- I-

Wird Gleichung (2) in Gleichung (1) erhält manIf equation (2) becomes equation (1) you get

eingesetzt, soused so

2· In2 · In

oder umgeformtor reshaped

I.ν =I.ν =

GD1 ■ ηGD 1 ■ η

375· Λ/375 · Λ /

GD2 ■ η2 GD 2 ■ η 2

2 ■ 375 ■ Λ/ 2 ■ 375 ■ Λ /

j = (.1.V-H2 j = (.1.VH 2

- Ks)K Werden alle Konstanten zu k zusammengefaßt, so erhält man- Ks) K If all constants are combined to k , one obtains

und mit k = and with k =

l.v = k-ir lv = k-ir

1 .s- = η- .1 .s- = η-.

(3)(3)

Die Beziehung In = A:- /r:entspricht der bekannten Grundform der Bremsparabel .s = r2 mit dem bis zur Stoppstelle jeweils noch zurückzulegenden Weg .s und der jeweiligen Geschwindigkeit r. In der Form r = |'.v wird die Bremsparabel auch bei einer aus der DT-AS 15 88 074 bekannten Vorrichtung zum Abbremsen einer Maschine angewendet, indem unmittelbar vor dem Anhalten, kurz vor der gewünschten Stoppstelle, die jeweilige Geschwindigkeit mit der Quadratwurzel des jeweils noch bis zur Stoppstelle zurückzulegenden Restweges verglichen und aus der Differenz beider eine Größe zur Steuerung einer mechanischen Bremseinrichtung abgeleitet wird.The relationship In = A: - / r : corresponds to the known basic form of the braking parabola .s = r 2 with the distance still to be covered to the stopping point .s and the respective speed r. In the form r = | '.v, the braking parabola is also used in a device known from DT-AS 15 88 074 for braking a machine, by immediately before stopping, shortly before the desired stop point, the respective speed with the square root of The remaining distance to be covered up to the stop point is compared and a variable for controlling a mechanical braking device is derived from the difference between the two.

Ausgehend von der Beziehung (3) gibt es nun verschiedene Möglichkeiten zur Gewinnung des Zusatzstromsollwertes. So läßt sich diese Beziehung zweifach deuten alsBased on the relationship (3), there are now various options for obtaining the additional current setpoint. So this relationship can be interpreted in two ways:

l.vl.v

gebildete Größe als Zusatzstromsollwert korrigierend in die Stromregelung eingreift, wobei (1 — Ix) · K auf den Wert ± 1 begrenzt ist sowie K einen einstellbaren Verstärkungsfaktor und der Wert 1 bzw. ± 1 gleich 100% des gültigen Regelsignalpegels bedeuten.The variable formed as an additional current setpoint intervenes correctively in the current control, where (1 - Ix) · K on the value ± 1 is limited and K is an adjustable gain factor and the value 1 or ± 1 is the same Means 100% of the valid control signal level.

Bei der Bildung des Zusatzstromsollwertes ist die Erfindung von folgender Überlegung ausgegangen:When generating the additional current setpoint, the invention is based on the following consideration:

GD2 η
'"= 375-A/· (1)
GD 2 η
'"= 375-A / · (1)

Hierin bedeutetHerein means

GD1 = Schwungmoment in kpm2, GD 1 = moment of inertia in kpm 2 ,

Il IVlULUIUIVIIIAllll l- ».· «-n-^iliil Sjw LJ Ϊ <- I 1 «Γ. Ιί ι ι Il IVlULUIUIVIIIAllll l- ». ·« -N- ^ iliil Sjw LJ Ϊ <- I 1 «Γ. Ιί ι ι

in U/min.
M = Motordrehmoment + Reibungsmoment
in rpm.
M = engine torque + frictional torque

in kpm,
ι, — Bremszeit in s.
in kpm,
ι, - braking time in s.

I .s- - η- = 0.I .s- - η- = 0.

Grundsätzlich sind beide Formen realisierbar. Bei der ersten Beziehung (4) wird während der Bremsphase laufend der Quotient aur. Is und /r gebildet und mit dem Wert 1 verglichen. Der Wert 1 bedeutet hierbeiIn principle, both forms can be implemented. The first relationship (4) is during the braking phase continuously the quotient aur. Is and / r formed and compared with the value 1. The value 1 means here

wie in der Regelungstechnik allgemein üblich 100% des gültigen Regelsignalpegels. Die rechte Seite der Gleichung ist nur dann Null, wenn Is und ir sich während der Bremsphase im gleichen Maße vermindern. Bremst beispielsweise der Antrieb nicht schnell genug, so wird Is schneller kleinere Werte annehme!-!, während ;r sich Uinusy.mer vermindert. Somit ist dannAs is common in control engineering, 100% of the valid control signal level. The right-hand side of the equation is only zero if Is and ir decrease to the same extent during the braking phase. For example, if the drive does not brake fast enough, Is will assume smaller values faster! - !, while; r decreases Uinusy.mer. So then is

Ls wird ζ. B. eine negative Spannung erhalten.
Bremst der Antrieb hingegen zu stark, so erhält man mit
Ls becomes ζ. B. get a negative voltage.
On the other hand, if the drive brakes too hard, you get with it

;r; r

/.. B. eine positive Spannung./ .. B. a positive voltage.

Diese Spannungen können dem Stromregler als Zusatzstromsollwerte aufgeschaltet werden. Die schal- κιThese voltages can be applied to the current controller as additional current setpoints. The scarf κι

tungstechnische Realisierung der Beziehung -j = Itechnical realization of the relationship -j = I

setzt allerdings die Verwendung von Dividierern voraus, die auch bei In-1O und h2—*() noch ausreichend genaue Werte liefern. i-->assumes, however, the use of dividers that still provide sufficiently accurate values for In- 1 O and h 2 - * (). i ->

Bei der zweiten Beziehung (5) wird unmittelbar das gleiche Ergebnis erhalten. Es ist jedoch zu beachten, daß hier die Verstärkung im Lageregelkreis mit abnehmendem In kleiner wird. Damit aber die Lageregelung ausreichend genau ist. muß die Verstärkung über den ganzen Bereich annähernd konstant bleiben. Man kann dies im gewissen Umfang dadurch erreichen, daß ein Verstärker mit begrenztem Ausgang nachgeschaltet wird. Besser, weil genauer, ist jedoch, die auf Grund der Beziehung (5) gewonnene Spannung 2i mit einem Faktor zu multiplizieren, der mit kleiner werdendem In größer wird. Wählt man hierfür beispielsweise den Faktor A1 = )s; . so erhält man als Zusatzstromsolhvert die Spannung !0 In the second relationship (5), the same result is immediately obtained. It should be noted, however, that the gain in the position control loop decreases with decreasing In. But so that the position control is sufficiently accurate. the gain must remain approximately constant over the entire range. This can be achieved to a certain extent by adding an amplifier with a limited output. However, because it is more precise, it is better to multiply the voltage 2i obtained on the basis of relation (5) by a factor which becomes greater as In becomes smaller. If one chooses for this, for example, the factor A 1 = ) s ; . the voltage! 0 is obtained as the additional current solvert

Ma η erhält dan η als Zusalzst romsoll wert die SpannungMa η then receives the voltage as an additional romsoll value

Vx = V x =

I N - »ΓI N - »Γ

InIn

(6)(6)

Die schaltungstechnische Realisierung der Beziehung (6) setzt auch hier die Verwendung von Verstärkern mit hoher Genauigkeit voraus.The circuitry implementation of relationship (6) also implies the use of amplifiers here with high accuracy.

Die erfindungsgemäße Möglichkeit zur Gewinnung des Zusatzstromsollwertes ergibt sich, wenn man die Beziehung (5) mit dem Faktor A2 = (1 — In) multipliziert, wobei der Wert 1 wiederum 100% des gültigen Regelsignalpegels bedeutet. Damit während des überwiegenden Teiles des Bremsweges die Verstärkung im Lageregelkreis annähernd konstant bleibt, muß die sich dabei ergebende Parabel nachträglich durch Multiplikation mit einem konstanten Faktor K verstärkt und auf den Wert il (=100% des gültigen Regelsignalpegels) begrenzt werden. Man erhält dann als Zusatzstromsolhvert die SpannungThe possibility according to the invention of obtaining the additional current setpoint is obtained if the relationship (5) is multiplied by the factor A 2 = (1 - In), the value 1 in turn signifying 100% of the valid control signal level. So that the gain in the position control loop remains approximately constant during the major part of the braking distance, the resulting parabola must be subsequently amplified by multiplication with a constant factor K and limited to the value il (= 100% of the valid control signal level). The voltage is then obtained as an additional current solvert

V1 - I Ix - /rl- Il - Is) ■ K . (7) V 1 - I Ix - / rl - II - Is) ■ K. (7)

Die Bildung des Zusatzstromsollwertcs entsprechend der Beziehung(71 ergibt den Vorteil, daß die Verstärkung im Lageregelkreis erst dann zurückgeht, wenn Is ausreichend klein geworden ist. so daß der Antrieb einwandfrei in die Sollage geführt wird und der Bremsstrom zum Schluß stelig vermindert wird. Dies ist deshalb von Vorteil, weil die Änderungsgeschwindigkeit des Ankerstromes ί J1 J mit Rücksicht auf den Antriebsmotor niehl beliebig groß werden darf.The formation of the additional current setpoint according to the relationship (71 has the advantage that the gain in the position control loop only decreases when Is has become sufficiently small, so that the drive is correctly brought into the set position and the braking current is finally reduced This is advantageous because the rate of change of the armature current ί J 1 J may never be arbitrarily large with regard to the drive motor.

Bei sehr hohen Ansprüchen an die Genauigkeit der Laueregeluni; kann das Verfahren nach der Erfindunu uelici dadurch verbesser! werden, dal« die nach der Beziehung (7) gewonnene Spannung radiziert wird.With very high demands on the accuracy of the Laueregeluni; can improve the process according to the invention! become, because the after the The stress obtained in relation (7) is extracted.

L', =| ( In - H2)(l - In)- K.L ', = | (In - H 2 ) (l - In) - K.

Der Abfall des Zusatzstroinsollwerles für In M) ist dann steiler, wodurch die Genauigkeit der Lageregelung erhöht wird.The drop in the additional flow rate for In M) is then steeper, which increases the accuracy of the position control.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Bc-Schreibung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei zugleich weitere, der Ausgestaltung der Erfindung dienende erfinderische Merkmale aufgezeigt werden. Es zeigtThe invention is described in the following Bc notation explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing, at the same time further inventive features serving the embodiment of the invention are shown. It shows

F i n. I den Verlauf der Größen - - . In - ir undF i n. I the course of the quantities - -. In - ir and

l.sl.s

als Funktion von I ν für den Grenzfall tr = 0.as a function of I ν for the limiting case tr = 0.

I s - ir I s - ir

F i g. 2 den Verlauf der Größen In — ir. ( I ν - /r) · (1 - I s). ( I .s- - η2) · (I - Ls)-KF i g. 2 shows the course of the quantities In - ir. (I ν - / r) · (1 - I s). (I .s- - η 2 ) · (I - Ls) -K

Ls - H2)-(l - In)- KLs - H 2 ) - (l - In) - K

als Funktion von I ν für den Grenzfall /r = 0.as a function of I ν for the limit case / r = 0.

F i g. 3 das regelungstechnische Strukturbild einer Lageregelung nach der Erfindung.F i g. 3 the control-technical structure diagram of a position control according to the invention.

Die F i g. 1 und 2 zeigen in normierter DarstellungThe F i g. 1 and 2 show a standardized representation

den Verlauf der Größen 1, Ls -/rund ls~" bzw I .s I .s the course of the sizes 1, Ls - / round ls ~ "or I .s I .s

I N - H2, (. I S - H2) · ( 1 - . I N), ( I N - ΙΓ) ■ ( 1 - I N) ' K IN - H 2 , (. IS - H 2 ) · (1 -. IN), (IN - ΙΓ) ■ (1 - IN) ' K

und In - η2) -(I - In)- K als Funktion des vomand In - η 2 ) - (I - In) - K as a function of the dated

Antrieb bis zur Sollage noch zurückzulegenden Weges In. Die Größen wurden aufgetragen für der Grenzfall h2 = 0 und für Is von 1 bis 0. Hierbei entspricht auf der Abszisse die Strecke von 1 bis 0 den-Bremsweg, wobei Is = I den Bremseinsatzpunk und Is = 0 die einzufahrende Sollage bezeichnen. Ir F i g. 1 wurden lediglich aus Gründen der zeichner! sehen Darstellung für die Ordinate zwei unterschied liehe Maßstäbe verwendet. In F i g. 2 wurde für der einstellbaren Verstärkungsfaktor K=IO gewählt unc die so verstärkten Größen auf den Wert 1. d.h. au 100% des gültigen Regelsignalpegels, begrenzt.Drive to the target position, distance still to be covered In. The values were plotted for the borderline case h 2 = 0 and for Is from 1 to 0. Here, the distance from 1 to 0 corresponds to the braking distance on the abscissa, where Is = I denotes the braking point and Is = 0 denotes the target position to be retracted. Ir F i g. 1 were only used for the sake of the draftsman! see representation for the ordinate, two different scales used. In Fig. 2 was selected for the adjustable gain factor K = IO and the magnitudes amplified in this way were limited to the value 1, ie to 100% of the valid control signal level.

In F i g. 3 dient als Antrieb zum Anfahren einer vor gegebenen Lage, Stellung oder Position ein fremder regter Gleichstrommotor M. Eine Tachometerma schine T liefert den Drehzahlistwert η und eine Weg meßeinrichtung S einen dem zurückgelegten We des Antriebs entsprechenden Lageistwert s. Die ii einer Additionsstelle 2 aus dem vorgegebenen Lage soliwert ss und dem Lageistwert ν gebildete Weg differenz In wird in einem Verstärker 3 verstärkt unauf den Regelsignalpegel begrenzt. Mit der einstell baren Verstärkung des Verstärkers 3 wird die vo den Gegebenheiten der jeweiligen Anlage abhängig Lage des Bremseinsatzpunktes festgelegt. Hierbc wird die Verstärkung zweckmäßigerweise so gewähl daß der Antrieb mit dem maximal zulässigen Brems strom etwas zu früh zum Stillstand kommen \vürd< weil dieser Bremsstrom durch den Zusatzstromsoll wert wohl vermindert, mit Rücksicht auf die zulässig Strorr.grcn/.e aber nicht vergrößert werden darf. Di den Additionsstellen 4. 5 und einem weiteren VeiIn Fig. 3 is used as a drive to move to a given location, position or position an external excited DC motor M. A Tachometerma machine T supplies the actual speed value η and a distance measuring device S an actual position value corresponding to the distance traveled by the drive. The ii of an addition point 2 from the predetermined position soliwert s s and the actual position value ν formed path difference In is amplified in an amplifier 3 and limited to the control signal level. With the adjustable gain of the amplifier 3, the position of the braking application point is determined depending on the conditions of the respective system. In this case, the gain is expediently selected so that the drive comes to a standstill a little too early with the maximum permissible braking current, because this braking current is reduced by the additional current setpoint, but not increased with regard to the permissible current values may. Di the addition points 4. 5 and another Vei

stärker 7 zugefiihrte Ausgangsspaniuing I \ hat oberhalb einer durch die Verstärkung im Verstärker 3 bestimmten Wcgdifferen/ !.seinen konstanten maximalen Wert. Wird dieser Wert über einen Schalter 15 einem hier als PI-Regler dargestellten Drehzahlreglers als maximaler Dreh/ahlsollwcrt aufgeschaltet, dann steigt der Motorstrom so schnell an. wie es durch die Dimensionierung der Stromrichteranlage gegeben und mit Rücksicht auf die mechanische und elektrische Ausführung des Antriebs zulässig ist. Der Antrieb beschleunigt dann entsprechend schnell. Wird nun ein sehr kleiner Weg für die Lageregelung vorgegeben, so kann der Motorstrom wegen der für die Aus- bzw. Umsteuerung eines Stromrichters notwendigen endliehen Zeit nicht so schnell in den Bremsbetrieb umgesteuert werden, wie es für einen stabilen Einlauf in die Sollage erforderlich wäre. Der Antrieb würde vielmehr überschwingen. Um ein solches Ubcrschwingen zu verhindern, darf beim Verfahren sehr kleiner Wege nur ein verminderter Sollwert auf den Drehzahlregler8 geschaltet werden. Diesem Zweck dient der Verstärker 7. Durch entsprechende Einstellung der Verstärkung und Begrenzung des Verstärkers 7 wird erreicht, daß bis herab zu einem kleinsten Weg. bei dem der Antrieb noch nicht überschwingl, der volle Drehzahlsollwert, dagegen bei noch kleineren zu verfahrenden Wegen nur ein entsprechend verminderter Drehzahlsollwert vorgegeben wird.stronger 7 applied initial tension I \ has above a Wcgdifferen /!. its constant maximum determined by the amplification in the amplifier 3 Worth. If this value becomes a speed controller shown here as a PI controller via a switch 15 switched on as maximum rotation setpoint, then the motor current increases so quickly. as is the case with the dimensioning of the converter system and is permissible with regard to the mechanical and electrical design of the drive. the The drive then accelerates correspondingly quickly. If a very small path is now specified for the position control, so the motor current can because of the necessary for the control or reversal of a converter finite time cannot be switched to braking mode as quickly as it is for a stable one Entry into the target position would be required. Rather, the drive would overshoot. To such a swing To prevent this, when traversing very short distances, only a reduced setpoint may be applied to the Speed controller8 can be switched. Amplifier 7 is used for this purpose. With the appropriate setting the gain and limitation of the amplifier 7 is achieved that down to a smallest Path. at which the drive does not yet overshoot, the full speed setpoint, on the other hand for even smaller ones The distances to be traveled are only given a correspondingly reduced speed setpoint.

Der von der Tachometermasehinc T gelieferte Drehzahlistwert η wird auf den Eingang eines Funktionsgebers 6 gegeben, dessen Ausgang eine dem Quadrat der Antriebsdrehzahl ir proportionale Spannung der Additionsstelle 5 zufuhrt. Die in der Additionsstelle 5 gebildete Differenz! Ix' - ir) wird einem Trigger 9 und dem ersten Eingang eines Multiplikators 10 zugeführt, auf dessen zweiten Eingang eine in der Additionsstellc 4 gebildete Differenz (1 - Ix'(gegeben wird. Der Wert 1 bedeutet, wie bereits erwähnt. 100% des gültigen Regelsignalpegcls. Er kann der Additionsstelle 4 beispielsweise in Form ?iner konstanten Gleichspannung, deren Betrag dem Regelsignalpegel entspricht, zugeführt werden.The actual speed value provided by the Tachometermasehinc η T is applied to the input of a function generator 6, the output a the square of the input speed zufuhrt ir voltage proportional to the summing point. 5 The difference formed in addition point 5! Ix '- ir) is fed to a trigger 9 and the first input of a multiplier 10, at the second input of which a difference (1 - Ix' (formed in the addition position 4) is given. The value 1 means, as already mentioned. 100% of the It can be fed to the addition point 4, for example, in the form of a constant DC voltage, the amount of which corresponds to the control signal level.

Der Ausganu des Multiplikators 10 liefert eine dem Produkt Ux' - ;r) ■ Π - Ix') proportionale Spannung, die in einem Verstärkern mit einstellbarer Verstärkung und einstellbarer Begrenzung um den Faktor K verstärkt, auf den Regelsignal pegel begrenzt, und in einem Funktionsgeber 12 radiziert wird. Der Funktionsaeber 12 liefert somit eine der GrößeThe output of the multiplier 10 supplies a voltage proportional to the product Ux '-; r) ■ Π - Ix'), which is amplified by a factor of K in an amplifier with adjustable gain and adjustable limitation, limited to the control signal level, and in a function generator 12 is rooted. The functional encoder 12 thus supplies one of the size

I IxI Ix

entsprechende Spannung, die als /.usalzstromsollwert/s über einen von dem 1 rigger 9 gesteuerten Schalter 13indcrAdditionsstelle 14aufden vom Drehzahlregler 8 gelieferten Stromsollwert Ix vorzeichenrichtig geschaltet wird.corresponding voltage, which is switched as /.usalzstromollwert / s via a switch 13indcraddition point 14 controlled by the 1 rigger 9 to the current setpoint I x supplied by the speed controller 8 with the correct sign.

Soll der Antrieb nun in eine neue Sollage verfahren werden, so belinden sich zum Starlzeitpunkt die Schaher 13 und 15. die beispielsweise als Relais oder Feldeffekttransistoren ausgebildet scm können, in der in F i g. 3 gezeigten Schaltlage. Während der Schalter 13 noch geöffnet κι. liegt am Finganu des Drehzahlreglers 8 die in einer Additionsstelle 16 gebildete Differenz des vom Ausgang des Verstärkers 7 über den geschlossenen Schalter 15 zugeführten DrehzahlsolKvertes ns und des von der Tachometermaschine T gelieferten Drehzahlistwertes». Aus der Regelabweichung bildet der Drehzahlregler 8 einen Stromsollwert iiS- für den unterlagerten Stromregelkreis. Der Stromsollwert /x wird über ein Bcgrenzungsglied 17. dessen Funktion noch erläutert wird, einer Additionsstelle 18 zugeführt und dort mit dem Stromistwert /' verglichen. Bei einer Soll-Ist-Abweichung beeinflußt ein als PI-Regler dargestellter Stromregler 19 dann ein Impulsgerät 20. welches die Zündimpulsc für einen den Antriebsmotor speisenden Umkehrstromrichter21 liefert.If the drive is now to be moved into a new target position, the shearers 13 and 15, which can be designed, for example, as relays or field-effect transistors, are left at the start-up time, in which FIG. 3 switching position shown. While the switch 13 is still open κι. lies at the finger of the speed controller 8 the difference formed in an addition point 16 between the speed value n s supplied from the output of the amplifier 7 via the closed switch 15 and the actual speed value supplied by the tachometer machine T ». From the control deviation, the speed controller 8 forms a current setpoint value i iS - for the subordinate current control loop. The current setpoint value / x is fed to an addition point 18 via a limiting element 17, the function of which will be explained below, and there compared with the current actual value / '. In the event of a setpoint / actual deviation, a current regulator 19, shown as a PI regulator, then influences a pulse device 20, which supplies the ignition pulses for a reversing converter 21 which feeds the drive motor.

Sieht man einmal von dem bereits erwähnten Fall des Verfahrens sehr kleiner Wege ab. so wird der Drehzahlregler 8 vom Starlzeitpunkt an mit dem maximal zulässigen Drehzahlsollwert (= 100% Drehzahlsollwert) beaufschlagt. Der Antrieb wird daher so schnell beschleunigt, wie es die elektrische und mechanische Dimensionierung des Antriebs zuläßt. Dabei ist zunächst Ix und damit auch Ix' größer als ir. Je weiter der Antrieb in die vorgegebene Sollage verfahren wird, desto kleiner wird Ix und desto größer wird ir. Bei sogenannter Trapezfahrt des Antriebs wird ir allerdings nur während der Beschleunigungsphase größer und bleibt nach Erreichen der maximalen Antriebsdrehzahl konstant. In beiden Fällen ist der Bremseinsatzpunkt dann gegeben, wenn Ix kleiner als ir wird. Dies ist der Fall, wenn die Ausgangsspannung Ix' des Verstärkers 3 aus der Begrenz.ung kommt. Die in der Additionsstelle 5 gebildete Differenz Ix' — ir kehrt dann ihre Polarität um. Durch diese Polaritätsumkehr wird der Trigger 9 geschaltet, der gleichzeitig die Bremsphase des Antriebs dadurch einleitet, daß er durch Umschalten des Schalters 15 den Drehzahlsollwert ιιχ für den Drehzahlregler 8 auf Null setzt und zum anderen durch Schließen des Schalters 13 den Korrekturwert für den Stromsollwert zuschaltet. Der Trigger 9 ist so ausgeführt, daß er nach einmaligem Schalten nicht zurückkippt, auch wenn später wieder Ix' > ir werden sollte. Erst bei Lagefehler Null wird er durch das Abschalten der Lageregelung wieder zurückgekippt. Im Augenblick des Zuschaltens hat der Stromkorrekturwert den Betrag Null. Der Antrieb wird somit zunächst den maximalen Bremsstrom führen. Je nach Abweichung von der eingestellten Bremsparabel und damit entsprechend dem Betrag des dem Stromsoll- \\crt ίχ an der Additionsstelle 14 aufgeschalteten Zusatzstromsollwertes is wird der Bremsslrom während der Bremsphase mehr oder weniger vermindert, bis der Antrieb in der vorgegebenen Sollage stehenbleibt Das Begrenzungsglied 17 ist aus Sicherheitsgründer vorgesehen, weil der Zusatzstromsollwerl ix mit deir vom Drehzahlregler8 kommenden Stromsollwert ι, zusammen eine Summe bilden kann, die in ungünstiger Füllen, z. B. beim Justieren des Antriebs, größer is als der maximal zulässige Stromsollwcrt. Durch dii sprunghafte Vorgabe des Drehzahlsollwertes NuI zu Beginn der Bremsphase ergibt sich der Vorteil daß der Stromrichter so schnell wie möglich in dei Wci-hselnehterbctrieb umgesteuert wird.If one disregards the already mentioned case of the procedure of very small ways. the speed controller 8 is thus acted upon with the maximum permissible speed setpoint (= 100% speed setpoint) from the starting time. The drive is therefore accelerated as quickly as the electrical and mechanical dimensions of the drive allow. It is initially Ix and therefore Ix 'is greater than IR. The further the drive is moved into the predetermined desired position, the smaller Ix is and the larger ir. In so-called trapezoidal drive movement ir is however greater only during the acceleration phase and remains Reaching the maximum drive speed constant. In both cases, the braking application point is given when Ix is less than ir . This is the case when the output voltage Ix 'of the amplifier 3 is out of limit. The difference Ix '- ir formed in the addition point 5 then reverses its polarity. This polarity reversal switches the trigger 9, which simultaneously initiates the braking phase of the drive by setting the speed setpoint ιι χ for the speed controller 8 to zero by switching the switch 15 and, on the other hand, switching on the correction value for the current setpoint by closing the switch 13 . The trigger 9 is designed in such a way that it does not tilt back after switching once, even if Ix '> ir should later become Ix'> ir. Only when the position error is zero is it tilted back again by switching off the position control. At the moment of switching on, the current correction value is zero. The drive will therefore initially carry the maximum braking current. Depending on the deviation from the set braking parameter and thus according to the amount of the additional current setpoint i s applied to the current setpoint \\ crt ί χ at the addition point 14, the brake current is more or less reduced during the braking phase until the drive stops in the specified target position 17 is provided for security reasons, because the Zusatzstromsollwerl i x with deir coming from the speed controller8 current setpoint ι, together can form a sum that in unfavorable fill, z. B. when adjusting the drive, is greater than the maximum permissible current setpoint. The sudden specification of the speed setpoint NuI at the beginning of the braking phase has the advantage that the converter is switched to alternating mode as quickly as possible.

Das Ausführiingsbeispiel zeigt die Anwendung de eiiindungsgemaßcn Verfahrens zur Lageregelung eine dreh/ahlgeregelten Gleichstromantriebs. Es läßt siel mit gleichem Erfolg bei nur geringfügigen Änderungei auch zur Lageregelung von ankerspannungsgeregehei (ileichstromantrieben einsetzen. Die ein/ige Anderniv besteht darin, daß der Additionsstelle 16 an Stelle deThe example shows the application de eiiindungsgemaßcn method for position control of a rotationally controlled direct current drive. It lets fall with the same success with only minor changes also for position control of armature voltage control (Use direct current drives is that the addition point 16 instead of de

Drehzahlistwertes/ι der Ankerspannungsistwerl L1 des Gleichstrommotors zugeführt wird und die Ausgangsspannung des Verstärkers 7 nunmehr den Ankerspannungssollwert L'.ls darstellt. Der Regler 8 wird somit zum Ankerspannungsregler. >Actual speed value / ι the armature voltage actual value L 1 of the direct current motor is supplied and the output voltage of the amplifier 7 is now the armature voltage setpoint value L '. ls represents. The regulator 8 thus becomes an armature voltage regulator. >

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentansprüche: :oPatent claims:: o 1. Verfahren zur Lageregelung von . ehzahl- oder ankerspannungsgeregelten Gleielistromantrieben mit überlagerter Stromregelung, dadurch gekennzeichnet, daß laufend die Differenz aus zwei Größen gebildet wird, von denen die erste aus dem bis zur vorgegebenen Sollage jeweils noch zurückzulegenden Weg ( Is) des Antriebs und die zweite aus dem Quadrat der augenblicklichen Antriebsdrehzahl lir) abgeleitet sind, daß bei Polaritälsumkehr dieser Differenz, d. h. beim Übergang der Beziehung1. Procedure for position control of. Number or armature voltage controlled track current drives with superimposed current control, thereby characterized in that the difference is continuously formed from two quantities, from which the first of the distance to be covered up to the specified target position (Is) of the drive and the second derived from the square of the current drive speed lir) are that with reversal of polarity this difference, i. H. in the transition of the relationship i.s' — ir > 0 in Is' — ir < 0, wobei Is' eine aus der Größe I.s durch Verstärkung und Begrenzung auf den gültigen Regelsignalpegel abgeleitete Gröüe darstellt, die Bremsphase des Antriebs dadurch eingeleitet wird, daß der für den Antrieb zur Beschleunigung und gegebenenfalls anschließenden Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit vorgegebene Drehzahl- bzw. Ankerspannungssollwert auf Null geschaltet wird und daß während der Bremsphase eine aus dem jeweils noch zurückzulegenden Weg ( I.s) und dem Quadrat der augenblicklichen An-i.s '- ir> 0 in Is' - ir <0, where Is' one of the size I.s through amplification and limitation represents the quantity derived from the valid control signal level, thereby the braking phase of the drive is initiated that the drive for acceleration and possibly subsequent Travel at constant speed, set speed or armature voltage setpoint to zero is switched and that during the braking phase one of the distance still to be covered (I.s) and the square of the instantaneous triebsdrehzahl (ir) nach der Beziehung /s_ = (.Ix-Ir)-(I - Is)- Kdrive speed (ir) according to the relation / s _ = (.Ix-Ir) - (I - Is) - K
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