DE3200384A1 - Device for controlling the rotational speed of a drive - Google Patents
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Abstract
Description
Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines AntriebesDevice for regulating the speed of a drive
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Antriebes mit einem Drehzahlregelkreis und einem unterlagerten Momentenregelkreis (Stromregelkreis), dessen Vorsteuersignal aus einem Hochlaufgeber abgeleitet ist.The invention relates to a device for regulating the speed a drive with a speed control loop and a subordinate torque control loop (Current control loop), the pilot control signal of which is derived from a ramp-function generator.
Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise im Rahmen eines stromrichtergespeisten Aufzugantriebes aus dem Siemens-Katalog Antriebstechnik mit System", Bestellnummer: E319/1126, bekannt ist.This generic term refers to an arrangement such as for example, as part of a converter-fed elevator drive from the Siemens catalog drive technology with system ", order number: E319 / 1126.
Das Führungsverhalten von Drehzahlregelkreisen bei elektrischen Antrieben kann durch Vorsteuerung des Stromregelkreises wesentlich verbessert werden.The control behavior of speed control loops in electric drives can be significantly improved by pre-controlling the current control loop.
Der zum Beschleunigen der Drehmassen verfügbare Strom bzw. der Momentenhub hängt vom gerade vorhandenen Feld (Feldschwächebereich) und von Stärke und Richtung des Belastungsmomentes ab. Wird ein geregelter Antrieb mit 50 des Maximalmomentes bremsend belastet, so hat der Antrieb beim Nennfeld zum Beschleunigen um 50%, beim Verzögern Jedoch 150 des Maximalmomentes als Momentenhub. Dieser Sachverhalt muß bei der Vorsteuerung berücksichtigt werden, um möglichst zeitoptimal zu sein. Sinngemäß das gleiche gilt hinsichtlich der Regelung einer Verbrennungsmaschine.The current or the torque stroke available to accelerate the rotating masses depends on the current field (field weakness area) and on strength and direction of the load torque. Becomes a controlled drive with 50% of the maximum torque when braking, the drive has to accelerate by 50% with the nominal field, with Delay 150 of the maximum torque as the torque stroke. This state of affairs must are taken into account in the feedforward control in order to be as time-optimized as possible. Analogous the same applies to the regulation of an internal combustion engine.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Vorsteuersignal so zu führen, daß die Regelung nahe- zu zeitoptimal wird.The object of the present invention is to provide the precontrol signal in such a way that the regulation becomes too time-optimal.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Vorsteuersignal entsprechend dem jeweils vom Drehzahlreglerkreis vorgegebenen Momentensollwert begrenzt ist. Ausgangspunkt der Vorsteuerstruktur ist dabei vorteilhafterweise ein an sich bekannter nichtlinearer Hochlaufgeber, der aus einem Signumsfunktionsgeber zur Abgabe des Vorsteuersignales und einem nachgeschalteten Integrator besteht. Hierbei sollen die Begrenzungen der Signumfunktion der zur Beschleunigung bzw. Verzögerung verfUgbaren Mom.ntenreserve (Stromreserve) entsprechen.According to the invention, this object is achieved in that the pilot control signal limited according to the torque setpoint specified by the speed controller circuit is. The starting point of the pre-control structure is advantageously a per se well-known non-linear ramp-function generator, which consists of a signal function generator for delivery the pilot control signal and a downstream integrator. Here should the limitations of the signum function of those available for acceleration or deceleration Moment reserve (power reserve).
Erfindungsgemäß werden sie daher aus dem vom Regler selbst angeforderten Momentensollwert (Stromsollwert) errechnet. Die Ausgangagröße der Signumsiunktion liefert dann den verftigbaren Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsstrom im fall. einer elektrischen Maschine. Die am Ausgang des Hochlaufgebers zu erwartende Drehzahlrampe wird durch einen Wert, der dem Fluß der Maschine proportional ist und durch die Drehmasse bestimmt. Damit am Drehzahlregler keine Regeldifferenz auftritt, wird vorteilhafterweise der Drehzahlsollwert auch noch durch eine Nachbildung von Stromregelkreis- und Drehzahlglättung verzdgert.According to the invention, they are therefore derived from the one requested by the controller itself Torque setpoint (current setpoint) calculated. The output size of the sign function then supplies the available acceleration or deceleration current in the event. one electric machine. The speed ramp to be expected at the output of the ramp-function generator is determined by a value proportional to the flow of the machine and by the Rotating mass determined. So that no control difference occurs on the speed controller, advantageously the speed setpoint also by simulating current control loop and speed smoothing delayed.
Der vorstehend genannte erfinderische Gedanke läßt sich auch bei mehreren elastisch verkoppelten Antrieben, z.B.The inventive idea mentioned above can also be applied to several elastically coupled drives, e.g.
im Rahmen von Motor- und Getriebepruf ständen, verwenden.in the context of engine and transmission inspection stands.
Hierbei sind die Momentnregler von einem gemeinsamen Drehzahlregler g.funrt. Das Vorsteuersignal £r die beiden Nomentenregeikreise wird dann entsprechend der Momentenreserve des schwächsten Antriebes bestimmt.Here the torque controllers are from a common speed controller g.funrt. The pre-control signal £ r the two nominal circuit loops is then accordingly the torque reserve of the weakest drive.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungabeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 das Prinzipschaltbild der Einrichtung, Figur 2 die zugehörige Regelstruktur, Figur 3 die Verhältnisse bei zwei elastisch verkoppelten Antrieben und Figur 4 die dazugehörige Regelstruktur.Based on an exemplary embodiment shown in the drawing the invention explained in more detail; it shows: FIG. 1 the basic circuit diagram of the device, Figure 2 the associated control structure, Figure 3 shows the situation two elastically coupled drives and FIG. 4 the associated control structure.
Wie durch die gestrichelte Linie in Figur 1 angedeutet, läßt sich die Anordnung in den Vorsteuerbereich 1 und in den realen Regelkreis 2 mit Regelstrecke unterteilen.As indicated by the dashed line in Figure 1, can the arrangement in the pre-control area 1 and in the real control loop 2 with controlled system subdivide.
Der reale Regelkreis 2 mit Regelstrecke besteht aus einem einem Drehzahlregler 3, der die FUhrungsgröBe JR fUr einen unterlagerten Stromregler 4 vorgibt. Das Ausgangssignal dieses Stromreglers 4 steuert Ueber den Steuersatz 5 und das Thyristorstellglied 6 die Ankerspannung des Cleichstrommotor 7 mit Last L der Arbeitsmaschine 71, wobei das oesamttrkgheitsmoment mit T bezeichnet ist. Das Motormoment ist vom Fluß ld im Feld 73 und vom Ankerstrom J abhängig.The real control loop 2 with a controlled system consists of a speed controller 3, which specifies the reference variable JR for a subordinate current regulator 4. The output signal this current regulator 4 controls via the control set 5 and the thyristor actuator 6 the armature voltage of the DC motor 7 with load L of the working machine 71, wherein the total moment of inertia is denoted by T. The engine torque is from the river ld in field 73 and on armature current J.
Mit der Maschine 7 ist eine Tachometermaschine 72 gekoppelt, die über ein Glättungsglied 31 den Drehzahlistwert a fUr den Regler 3 liefert.A tachometer machine 72 is coupled to the machine 7 and has a smoothing element 31 supplies the actual speed value a for the controller 3.
Dem Drehzahlregler 3 ist ein Hochlaufgeber 9 vorgeschaltet, der bei einer Änderung des SollwertesSZgm Eingang die Führungsgröße>fUr den Drehzahlregler 3 nach einer vorgegebenen zeitlichen Funktion ändert. Um möglichst zeitoptimal zu sein, wird aus dem Hochlaufgeber 9 ein Vorsteuersignal über Leitung 10 zusätzlich auf den Stromregler 4 aufgeschaltet. Dieses Vorsteuersignal wird dabei durch das Ausgangssignal B+, B- eines gegebenenfalls analogen Rechners 8 über eine Begrenzung im Hochlaufgeber gesteuert. Der Rechner 8 erhält seinerseits über die Leitung 11 einen dem jeweiligen vorgegebenen Moment (Strom) proportionalen Wert JRW zur Ermittlung der Begrenzung.The speed controller 3 is preceded by a ramp-function generator 9, which at a change in the setpoint SZgm input, the reference variable> for the speed controller 3 changes according to a predetermined time function. In order to be as time-optimized as possible be, a precontrol signal via line 10 is additionally generated from ramp-function generator 9 switched to the current regulator 4. This precontrol signal is generated by the Output signal B +, B- of an optionally analog computer 8 via a limitation controlled in the ramp-function generator. The computer 8 for its part receives via the line 11 a value JRW proportional to the given moment (current) for determination of limitation.
Die Wirkungsweise sei nun anhand von Figur 2 näher erläutert, wobei zunächst von einem stationären Zustand ausgegangen wird. In einem solchen Fall entspricht die vom Ausgang des Hochlaufgebers 9 zurückgeführte Drehzahlregelgröße R-dem Eingangssollwert X . Sei z.B. angenommen, daß der Eingangssollwert t schlagårtig erhöht wird, so tritt am Eingang dieses nichtlinearen Hochlaufgebers 9 eine Soll-Ist-Differenz auf, über die ein Signumsiunktionsgeber 91, der eine Begrenzungskennlinie mit endlicher Steigung aufweist, angesteuert wird. Die aegrenzungawerte B+, B des Signumsfunktionsgebers 91 sind durch das Ausgangssignal B+, 3 des Rechners 8 gegeben.The mode of operation will now be explained in more detail with reference to FIG a steady state is initially assumed. In such a case, corresponds the speed control variable R-the input setpoint fed back from the output of the ramp-function generator 9 X Assuming, for example, that the input setpoint t is increased suddenly, see above if a target / actual difference occurs at the input of this non-linear ramp-function generator 9, Via the one Signumsiunktionsgeber 91, which has a limiting characteristic with finite Has slope, is controlled. The limit values B +, B of the sign function generator 91 are given by the output signal B +, 3 of the computer 8.
Das Ausgangssignal des Signumsfunktionsgebers 91 wird mit einem dem Fluß proportionalen Wert 2 « in einem Multiplizierglied 92 multipliziert, wobei der Faktor 2 wegen der 10 Volt Begrenzung eingeführt wurde; er kann auch im Eingang des Integriergliedes realisiert sein. Es gelangt dann an einen Integrator 93, der auf das Trägheitsmoment m des Antriebes abgestimmt ist. Das FUhrungssignal Stw am Ausgang des Hochlaufgebers 9 wird demzufolge nach einer vorgegebenen Drehzahlrampe ansteigen, Durch die RückfUhrung auf den Eingang wird erreicht, daß beim Erreichen des vorgegebenen Sollwertes die Eingangsgröße der Signumafunktion 0 wird und somit der Hochlaufvorgang beendet ist. Damit am Drehzahlregler 3 keine Regeldifferenz auitritt, wird der Drehzahlsollwert noch durch zeitliche Nachbildungen 94 und 95 mit den Werten TEJ und TgS von Stromregelkreis und Drehzahlglättung verzögert. Am Ausgang des Signumsfunktionsgebers 91 wird ein Vorstateuersignal über Leitung 10 abgenommen, mit dem Faktor 2 multipliziert und zusätzlich zum Ausgangssignal jW des Drehzahlreglers 3 als R Vorsteuergröße über ein Begrenzungsglied 41 dem Stromregelkreis 4 aufgeschaltet. Das Begrenzungsglied 41 begrenzt die Stromwerte auf die Werte B+ und BJ. Der Stromregelkreis bestimmt dann die Ankerspannung für die Gleichstrommaschine 7.The output signal of the signal function generator 91 is with a dem Flux proportional value 2 "multiplied in a multiplier 92, where the factor 2 was introduced because of the 10 volt limit; he can also be in the entrance the integrator be realized. It then arrives at an integrator 93, which is matched to the moment of inertia m of the drive. The guidance signal Stw on The output of the ramp-function generator 9 is accordingly according to a predetermined speed ramp increase, by the return to the input is achieved that when reaching of the specified setpoint, the input variable of the Signuma function becomes 0 and thus the start-up process has ended. So that there is no control difference at speed controller 3 After the event, the speed setpoint is still determined by time simulations 94 and 95 delayed with the values TEJ and TgS of the current control loop and speed smoothing. At the The output of the signal function generator 91 is a control signal via line 10 removed, multiplied by a factor of 2 and in addition to the output signal jW of the speed controller 3 as R pre-control variable via a limiting element 41 to the current control loop 4 activated. The limiting element 41 limits the current values to the values B + and BJ. The current control loop then determines the armature voltage for the DC machine 7th
Die Begrenzungswerte B+, BI des Signumsfunktionsgebers 91, die der Beschleunigung bzw. Verzögerung der verfUgbaren Stromreserve entsprechen, werden im Rechner 8 aus W dem vom Drehzahlregler 3 abgegebenen Stromsollwert JR berechnet und dem Signumsfunktionsgeber 91 als Begrenzung angegeben. Als Berechnungsgrundlage dienen dabei folgende Beziehungen: B+ » 0,5 . (B+ - JR) B- = 0,5 . (-Bj -Das Vorsteuersignal auf Leitung 10 entspricht somit immer dem maximal möglichen Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsstrom (Moment).The limit values B +, BI of the signal function generator 91, which the Acceleration or deceleration correspond to the available power reserve in the computer 8 from W the current setpoint value JR output by the speed controller 3 is calculated and the sign function generator 91 indicated as a limit. As a basis for calculation The following relationships are used: B + »0.5. (B + - JR) B- = 0.5. (-Bj -The pre-control signal on line 10 therefore always corresponds to the maximum possible acceleration or Deceleration current (moment).
Auf diese Weise erhält man eine exakte Vorsteuerung, die den realen Stellbegrenzungen entspricht, wobei diese Vorsteuerung z.B. genauso auch bei Verbrennungsmaschinen angewendet werden kann, bei denen an die Stelle des Stromregelkreises ein Momentenregelkreis tritt.In this way you get an exact pre-control that matches the real one Control limits, with this precontrol, for example, also in the case of internal combustion engines can be used where the current control loop is replaced by a torque control loop occurs.
Bei der Anordnung nach Figur 3 sind zwei elastisch verkoppelte Antriebe 16 und 12 vorgesehen, die z.B. Verbrennungsmotoren, Wand-Leonardumformer oder normale Gleichstrommaschinen mit Stromrichter im Ankerkreis sein können. Diese Maschinen sind über Getriebe 13 und 14 mit Ubersetzungen u,,ut und eine Drehfeder 15 elastisch miteinander verkoppelt. Derartige Fälle treten z.B. bei Getriebeprtfständen in der Automobilindustrie auf.In the arrangement according to FIG. 3, there are two elastically coupled drives 16 and 12, e.g. internal combustion engines, wall-mounted Leonard converters or normal DC machines with converters in the armature circuit can be. These machines are via gears 13 and 14 with translations u ,, ut and a torsion spring 15 elastic coupled together. Such cases occur, for example, with gearbox test stands in the Automotive industry on.
Hierbei muß die Vorsteuerung zusätzlich folgenden Bedingungen gerecht werden: a) Unterschiedliche Typenleistungen der Motoren, b) unterschiedliche Schnelligkeit der Momentenregelkreise, z.B. Verbrennungsmotoren und ankerstromgeregelte Gleichatrommaschine und c) Vermeiden des Anstoßes von Ausgleichsvorgängen über die elastische Kopplung.The feedforward control must also meet the following conditions are: a) Different types of engine performance, b) Different speed of the torque control loops, e.g. internal combustion engines and armature current-controlled equatorial machines and c) Avoiding the initiation of equalization processes via the elastic Coupling.
Bei einem derartigen Antrieb wird der Integrator des Hochlaufgebers 9 durch den Antrieb bestimmt, der hinsichtlich Typenleistung, Feld, Übersetzung und Drehmasse am schwächsten beschleunigen kann. Durch zusätzliche Glieder kann, wie in Zusammenhang mit Figur 4 näher erläutert, die Stelldynamik symmetriert und der Sollwert des Beschleunigungsstromes so gewichtet werden, daß die auf eine Welle bezogenen Antriebsdrehzahlen auf einer gemeinsamen Rampe weglaufen.With such a drive, the ramp-function generator becomes the integrator 9 determined by the drive, which in terms of type output, field, translation and the rotating mass can accelerate the weakest. With additional links, As explained in more detail in connection with FIG. 4, the actuating dynamics are symmetrized and the nominal value of the acceleration current can be weighted so that the on a shaft related drive speeds run away on a common ramp.
Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist ein Hochlauigeber 9 vorgesehen, bei dem zusätzlich zur Steuerung des Signumrunktionsgebers 91 auch eine Steuerung des Integrators 93 durch den Rechner 8 in einer späterhin erläuterten Beziehung vorgesehen ist.As can be seen from FIG. 4, a high-speed encoder 9 is provided at which, in addition to controlling the signal function generator 91, also controls the Integrator 93 is provided by the calculator 8 in a relationship to be explained later is.
Der Ausgangswert des Integrators 93 wird über Nachbildungen 96 und 97, die die unterschiedlichen Zeitkonstanten TeJ1 Te32 der Stromregelkreise nachbilden und der Nachbildung Tg einer Glättung 98 auf den Drehzahlregler 3 geführt. Dieser Drehzahlregler 3 liefert die Stromsoliwerte rW +W mit den Begrenzungen BJ1, Bj1 Rl' R2 und B;2, Bj2 für die Stromregler 42 und 43 der Antriebe 16 und 12. Aus den Stromsollwerten, die auf der Leitung 111 und 112 zum Rechner 8 gelangen, wird gemäß einer späterhin erläuterten Beziehung die Begrenzung fUr den Signumfunktionsgeber 91 berechnet. Das Ausgangssignal des Signumfunktionsgebers 91 wird über Leitungen 105 und 106 als zusätzliches Vorsteuersignal den Stromregelkreisen aufgeschaltet. Zur Wichtung unterschiedlicher Antriebe und zur BerUcksichtigung unterschiedlichen Zeitverhaltens sind in diesen Vorsteuerkreisen noch zusätzliche Nachbildungen TeJl und Te2 und Wichtungsglieder 103 und 104 vorge- sehen, deren Wichtungsfaktoren K1, K2 ebenfalls im Rechner 8 bestimmt werden. Ferner sind in der Reglerstruktur noch Multiplizierglieder 95 und 107 vorhanden, die durch den vorgegebenen 10-Yolt-Bereich bedingt sind, diese können aber auch in den Bausteinen realisiert sein.The output value of the integrator 93 is via simulations 96 and 97, which simulate the different time constants TeJ1 Te32 of the current control loops and the simulation Tg of a smoothing 98 fed to the speed controller 3. This Speed controller 3 supplies the current setpoint values rW + W with the limits BJ1, Bj1 Rl 'R2 and B; 2, Bj2 for the current regulator 42 and 43 of the drives 16 and 12. From the Current setpoints that reach the computer 8 on the lines 111 and 112 are shown in accordance with FIG a relationship explained later, the limitation for the sign function generator 91 calculated. The output signal of the signal function generator 91 is via lines 105 and 106 are connected to the current control loops as an additional pilot signal. To weight different drives and to take into account different ones Time behavior are also additional simulations TeJl in these pre-control circuits and Re2 and weighting elements 103 and 104 see their weighting factors K1, K2 can also be determined in the computer 8. Also in the controller structure multipliers 95 and 107 are still present, passing through the predetermined 10-yolt range are conditional, but these can also be implemented in the blocks.
Der Rechner arbeitet nach folgender Beziehung: wobei T1, T#2 die Trägheitsmomente der beiden Antriee be m1,2, die Mximalmomenteund ß das normierte Moment ist. Mit «1 und «2 sind ferner die magnetischen Flüsse in den beiden Motoren 16 und 12, mit üges = ü1 . ü2 das Produkt aus den Getrlebetbersetzungen und mit Bj+i, Bji die Begrenzungen der Stromsollwerte JW bezeichnet, wo-R bei i - 7oder 2 ist.The calculator works according to the following relationship: where T1, T # 2 are the moments of inertia of the two drives be m1,2, the maximum moments and ß the normalized moment. With «1 and« 2 there are also the magnetic fluxes in the two motors 16 and 12, with üges = ü1. ü2 denotes the product of the gear ratios and Bj + i, Bji denotes the limits of the current setpoints JW, where-R at i - 7 or 2.
4 Patentansprüche 4 Figuren4 claims 4 figures
Claims (4)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE3200384A DE3200384C2 (en) | 1982-01-08 | 1982-01-08 | Device for regulating the speed of a drive |
Publications (2)
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| DE3200384C2 DE3200384C2 (en) | 1986-04-24 |
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (3)
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Antriebstechnik mit System, Katalog der Fa.SiemensBest.Nr. E 319/1126 erschienen April 1979 * |
Also Published As
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