DE10024394A1 - Ermittlungsverfahren für eine Istgeschwindigkeit eines bewegbaren Verfahrelements - Google Patents

Abstract

Mit einem Beschleunigungssensor (3) wird eine Beschleunigung (a), mit einem Lagesensor (2) eines Messlage (x1) eines Verfahrelements (1) erfasst. Durch Integrieren bzw. Differenzieren werden eine Modellgeschwindigkeit (vM) bzw. eine Messgeschwindigkeit (v1) ermittelt. Anhand der Modellgeschwindigkeit (vM) wird eine Istgeschwindigkeit (v) ermittelt. Die Modellgeschwindigkeit (vM) und die Messgeschwindigkeit (v1) werden voneinander substrahiert. Die Differenz wird einem Regler (13) mit einem Integralanteil zugeführt, dessen Ausgangssignal auf die Beschleunigung (a) aufaddiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ermittlungsverfahren für eine Istgeschwindigkeit eines bewegbaren Verfahrelements,

• - wobei mittels eines Beschleunigungssensors eine Beschleuni­ gung des Verfahrelements erfasst wird und durch Integrieren der Beschleunigung eine Modellgeschwindigkeit des Verfahr­ elements ermittelt wird,
• - wobei mittels eines Lagesensors eine Messlage des Verfahr­ elements erfasst wird und durch Differenzieren der Messlage eine Messgeschwindigkeit des Verfahrelements ermittelt wird, und
• - wobei anhand der Modellgeschwindigkeit die Istgeschwindig­ keit ermittelt wird.

Ein derartiges Ermittlungsverfahren ist z. B. aus "Drehbe­ schleunigungssensor ermöglicht hochgenaue Drehzahlregelung" von Lothar Wilhelmy und Reinhard Domke, Sonderdruck aus "An­ triebstechnik" 4/99 bekannt. Ein ähnlicher Offenbarungsgehalt ist dem Aufsatz "Relativbeschleunigungssensor - Potential und Einsatzmöglichkeiten in der Servo-Antriebstechnik" von W. Hiller, ISW, Stuttgart, gehalten auf dem ISW-Lageregelseminar 1998, zu entnehmen.

Bei derartigen Ermittlungsverfahren muss die erfasste Be­ schleunigung offsetfrei bleiben, damit die Modellgeschwindig­ keit nicht wegdriftet. Bei der letztgenannten Veröffentli­ chung wird dies dadurch gelöst, dass einem "Beobachter" die erfasste Beschleunigung und die Messlage zugeführt werden und der Beobachter daraus einen Offset für die erfasste Beschleu­ nigung ermittelt, der dann eliminiert wird. In dieser Schrift ist weiter beiläufig als Alternative der Aufbau einer unter­ lagerten Beschleunigungsregelschleife erwähnt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Er­ mittlungsverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine möglichst einfache und dennoch hochgenaue Kom­ pensation eines etwaigen Beschleunigungsoffsets möglich ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Modellgeschwindig­ keit und die Messgeschwindigkeit voneinander subtrahiert wer­ den und die Differenz einem Regler mit einem Integralanteil, insbesondere einem PI-Regler, zugeführt wird, dessen Aus­ gangssignal auf die Beschleunigung aufaddiert wird.

Wenn die Modellgeschwindigkeit dem Regler mit einem Integral­ anteil zeitverzögert zugeführt wird, ist die Offsetkompensa­ tion mit höherer Regeldynamik durchführbar.

Wenn der Regler mit einem Integralanteil im Feld einstellbare Reglerparameter aufweist, sind die Reglerparameter im Feld an die dort konkret gegebenen Umstände anpaßbar.

Wenn durch Integrieren der Istgeschwindigkeit eine Modelllage und anhand der Modelllage eine Istlage ermittelt wird, kann anhand der Beschleunigung auch die Istlage berechnet werden.

Wenn die Istlage und die Messlage voneinander subtrahiert werden und die Differenz einem P-Regler zugeführt wird, des­ sen Ausgangssignal auf die Istgeschwindigkeit aufaddiert wird, ist auch die Istlage offsetfrei ermittelbar.

Wenn die Istlage gegenüber der Modelllage zeitverzögert ist, arbeitet die Regelung genauer.

Wenn der P-Regler im Feld einstellbare Reglerparameter auf­ weist, sind die Reglerparameter im Feld an die dort konkret gegebenen Umstände anpaßbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 eine Regelanordnung mit einem Verfahrelement und

Fig. 2 die innere Struktur der Regelanordnung von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 wird ein Bewegen eines Verfahrelements 1 sowohl mittels eines Lagesensors 2 als auch mittels eines Beschleu­ nigungssensors 3 erfasst. Der Lagesensor 2 erfasst dabei eine Messlage x1, der Beschleunigungssensor 3 eine Beschleunigung a. Die Beschleunigung a und die Messlage x1 können dabei wahlweise lineare oder rotatorische Größen sein.

Die Beschleunigung a und die Messlage x1 werden einer Regelanordnung 4 zugeführt. Die Regelanordnung 4 kann ein Hardwareregler sein. Vorzugsweise aber ist die Regelanordnung 4 ein Softwareregler, der ein Computerprogrammprodukt 5 abar­ beitet. In diesem Fall ist die Regelanordnung 4 mit dem Com­ puterprogrammprodukt 5 programmiert und arbeitet entsprechend der Programmierung durch das Computerprogrammprodukt 5.

Die Regelanordnung 4 ermittelt anhand der übermittelten Be­ schleunigung a und/oder der übermittelten Messlage x1 eine Istgeschwindigkeit v und vergleicht diese mit einer Sollge­ schwindigkeit v*. Die Regelanordnung 4 regelt dann das Ver­ fahrelement 1 derart nach, dass die Istgeschwindigkeit v der Sollgeschwindigkeit v* angeglichen wird.

Gemäß Fig. 2 wird die Beschleunigung a über einen ersten Addi­ tionspunkt 6 einem ersten Integrator 7 zugeführt. Dieser in­ tegriert das ihm zugeführte Signal und ermittelt so durch In­ tegrieren der Beschleunigung a eine Modellgeschwindigkeit vM. Die Modellgeschwindigkeit vM wird als Istgeschwindigkeit v herangezogen. Sie wird über einen zweiten Additionspunkt 8 einem zweiten Integrator 9 zugeführt. Dieser ermittelt durch Integrieren der Istgeschwindigkeit v eine Modelllage xM und gibt diese aus. Dem zweiten Integrator 9 ist ein erster Ver­ zögerer 10 nachgeordnet, so daß das Ausgangssignal des ersten Verzögerers 10 der Istlage x entspricht.

Die Messlage x1 wird einem Differenzierer 11 zugeführt, der durch Differenzieren der Messlage x1 eine Messgeschwindigkeit v1 des Verfahrelements 1 ermittelt. Die Messgeschwindigkeit v1 und die Modellgeschwindigkeit vM werden einem ersten Sub­ traktionspunkt 12 zugeführt. Dort werden die Modellgeschwin­ digkeit vM und die Messgeschwindigkeit v1 voneinander subtra­ hiert. Die Differenz wird einem ersten Regler 13 zugeführt. Dessen Ausgangssignal wird dem ersten Additionspunkt 6 zuge­ führt und so ein etwaiger Offset der gemessenen Beschleuni­ gung a kompensiert. Die Modellgeschwindigkeit vM wird dem ersten Subtraktionspunkt 12 über einen zweiten Verzögerer 14 zugeführt, so dass im ersten Regler 13 mit gleichen Zeiten korrespondierende Größen vM, v1 miteinander verglichen wer­ den.

Die Messlage x1 und die Istlage x werden einem zweiten Sub­ traktionspunkt 15 zugeführt. Dort werden die Istlage x und die Messlage x1 voneinander subtrahiert. Die Differenz wird einem zweiten Regler 16 zugeführt, dessen Ausgangssignal über den zweiten Additionspunkt 11 auf die Istgeschwindigkeit v aufaddiert wird.

Der erste Regler 13 ist als PI-Regler ausgebildet. Er weist daher mindestens zwei Reglerparameter auf, nämlich eine Pro­ portionalverstärkung PV1 und eine Integralverstärkung IV. Insbesondere weist er somit einen Integralanteil auf. Der zweite Regler 16 ist als P-Regler ausgebildet. Er weist daher mindestens einen Reglerparameter auf, nämlich eine zweite Proportionalverstärkung PV2.

Um die Regelanordnung 4 möglichst flexibel einsetzen zu kön­ nen, sind die Reglerparameter PV1, PV2, IV im Feld einstell­ bar. Dies ist in Fig. 2 durch entsprechende Pfeile zu den Reg­ lern 13, 16 angedeutet. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Reglerparameter PV1, IV des ersten Reglers 13 derart gewählt werden, dass eine Regelabweichung nach fünf bis tausend, insbesondere nach einhundert bis dreihundert, Systemtakten ausgeregelt ist.

Aufgrund der Ausbildung des ersten Reglers 13 als PI-Regler regelt dieser jeden auch noch so geringen Offset des Be­ schleunigungssensors 3 zu Null. Stationär kann daher im In­ tegrationszweig kein Geschwindigkeitsoffset entstehen. Aus diesem Grund ist die Ausbildung des zweiten Reglers 16 als P- Regler hinreichend.

Mit dem erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahren bzw. der er­ findungsgemäßen Regelanordnung 4 ist auf einfache Weise eine hochgenaue Geschwindigkeitsregelung des Verfahrelements 1 möglich, ohne dass die Gefahr eines Wegdriftens der aus der Beschleunigung a abgeleiteten Modellgeschwindigkeit vM be­ steht.

Claims (10)

1. Ermittlungsverfahren für eine Istgeschwindigkeit (v) eines bewegbaren Verfahrelements (1),
wobei mittels eines Beschleunigungssensors (3) eine Be­ schleunigung (a) des Verfahrelements (1) erfasst wird und durch Integrieren der Beschleunigung (a) eine Modellge­ schwindigkeit (vM) des Verfahrelements (1) ermittelt wird,
wobei mittels eines Lagesensors (2) eine Messlage (x1) des Verfahrelements (1) erfasst wird und durch Differenzieren der Messlage (x1) eine Messgeschwindigkeit (v1) des Ver­ fahrelements (1) ermittelt wird,
wobei anhand der Modellgeschwindigkeit (vM) die Istge­ schwindigkeit (v) ermittelt wird, und
wobei die Modellgeschwindigkeit (vM) und die Messgeschwin­ digkeit (v1) voneinander subtrahiert werden und die Diffe­ renz einem Regler (13) mit einem Integralanteil, insbeson­ dere einem PI-Regler (13), zugeführt wird, dessen Aus­ gangssignal auf die Beschleunigung (a) aufaddiert wird.

2. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellgeschwindig­ keit (vM) dem Regler (13) mit einem Integralanteil zeitverzö­ gert zugeführt wird.

3. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass der Regler (13) mit einem Integralanteil im Feld einstellbare Reglerpa­ rameter (PV1, IV) aufweist.

4. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, dass durch In­ tegrieren der Istgeschwindigkeit (v) eine Modelllage (xM) und anhand der Modelllage (xM) eine Istlage (x) ermittelt wird.

5. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Istlage (x) und die Messlage (x1) voneinander subtrahiert werden und daß die Dif­ ferenz einem P-Regler (16) zugeführt wird, dessen Ausgangs­ signal auf die Istgeschwindigkeit (v) aufaddiert wird.

6. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Istlage (x) gegenüber der Modelllage (xM) zeitverzögert wird.

7. Ermittlungsverfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, dass der P-Regler (16) im Feld einstellbare Reglerparameter (PV2) aufweist.

8. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Ermittlungs­ verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Regelanordnung zur Durchführung des Ermittlungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

10. Regelanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Computer­ programmprodukt (5) nach Anspruch 8 programmiert ist.