DE3722099C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahl eines Elektromotors, insbesondere eines Motors, der eine oszillierende oder schwingende Last wie eine Walzstraße antreibt:

In "Application of Adaptive Model Following Control to Motor Speed Control System" von Sigeo Morimoto und Masato Koyama in einer Veröffentlichung der Semiconductor and Power Converter Committee for Japan Electrical Engineer′s Society, SPC-86-2 (1985), Seiten 11 bis 20 und in "A Microcomputer- Based Motor Drive System with Simulator Following Control" von Tatsuro Hasegawa, Ryoichi Kurosawa, Hiromi Hosoda und Kikuo Abe in IEEE, IECON ′86, Seiten 41 bis 46 sind Schaltungsanordnungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors, der eine oszillierende Last antreibt, beschrieben, die ein Motormodell aufweisen, das aus einem in Kaskadenschaltung verbundenen Motordrehmomentmodell und Motordrehzahlmodell besteht, wobei ein Strombefehlssignal sowohl einer Stromregelschaltung und dem Motormodell zugeführt wird, ein Ausgangssignal aus dem Motordrehzahlmodell und der tatsächliche Motordrehzahlistwert verglichen werden und ein Kompensationssignal, das proportional zu der Differenz davon ist, zu dem Strombefehlssignal hinzuaddiert wird, das einem Drehmomentbefehlssignal gleichwertig ist, so daß ein korrigiertes Strombefehlssignal für die Motorstromregelschaltung erzeugt wird und eine Regelung erzielt wird, die einer Anpassung an das Modell folgt.

Die Addition des Kompensationssignales, das proportional zum Unterschied der Drehzahlen zwischen dem Modell und dem tatsächlichen Motor ist, zu dem Strombefehlssignal für den Motordrehzahlregler ermöglicht eine stabile Drehzahlregelung mit einer Unterdrückung von Schwingungen, auch wenn der Motor eine selbst schwingende Last antreibt. Wenn jedoch das Ansprechverhalten des Stromregelsystemes in dem Motordrehzahlregler, das gleichwertig zu einem Drehmomentregelsystem ist und an das ein Strombefehlssignal angelegt wird, langsam ist, führt die Verzögerung im Ansprechverhalten zu einer unerwünschten Reduzierung der Schwingungsunterdrückung.

Aus "Regelungstechnik" 26. Jahrgang, 1978, Heft 11, Seiten 349 bis 354, ist eine weitere Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstromantrieben bekannt, bei der zur Verbesserung der Regeldynamik, insbesondere zur Schwingungsdämpfung, ein kombinierter Zustands- und Störgrößenbeobachter eingesetzt ist. Aus dem gemessenen Motorstrom und der gemessenen Motordrehzahl werden dort vom Beobachter Drehmoment- und Dreh­ zahlkorrektursignale geliefert, die auf ein von einem Drehzahlregler abgegebenes Strombefehlsgrundsignal aufgeschaltet werden. Statt des gemessenen Motorstroms kann dabei auch der Stromsollwert als vordere Ansteuerung des Beobachters verwendet werden. Allerdings beinhaltet der Beobachter kein Motormodell, sondern ein Modell der angetriebenen Last.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors anzugeben, die Schwingungen auch dann wirksam unterdrückt, wenn das Ansprechverhalten des Stromreglers in der Schaltungsanordnung träge ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach wird eine Schaltungsanordnung geschaffen, bei der die Motordrehzahl über einen Stromregler in Ab­ hängigkeit von einem Strombefehlsgrundsignal, das durch Vergleich eines Drehzahlreferenzsignales mit einem Drehzahlistwertsignal erhalten wird, geregelt wird, wobei die Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl dadurch charakterisiert ist, daß ein Motorstrommodell und ein Motordrehzahlmodell vorgesehen sind, wobei die Ausgangssignale des Motorstrommodells und des Motordrehzahlmodells jeweils mit Strom- und Drehzahlistwertsignalen verglichen werden und die Abweichungen über entsprechende Kompensations- oder Regelelemente zu dem Strombefehlsgrundsignal zu dessen Korrektur hinzuaddiert werden.

Wenn eine erwünschte Motorstromreaktion des Motor­ strommodells von einem Stromistwert verschieden ist, modifiziert die zusätzlich hinzugefügte Regelschleife das Strombefehlsgrundsignal, so daß die beiden Stromwerte wieder übereinstimmen. Wenn beispielsweise die Motordrehzahl oszilliert oder schwingt, ändert sich die induzierte Spannung des Motors, wodurch sich der tatsächliche Motorstrom entsprechend ändert. Andererseits zeigt das Ausgangssignal des Motorstrommodells ein ideales Ansprechverhalten ohne Schwingungen. Es ist daher möglich, die Schwingungen durch Regeln des Motorstromes zu unterdrücken, so daß der Unterschied verschwindet. Beim Stand der Technik gibt es, da nur das Ausgangssignal des Motordrehzahlmodells, das Integrationselemente enthält, die der Motorträgheit entsprechen, einem Vergleich unterzogen wird, eine Verzögerung in der Reaktion der Regelschleife. Besonders wenn das Drehmoment- (Strom-)-Regelsystem eine große Verzögerung aufweist, wird das tatsächlich vom Motor erzeugte Drehmoment noch weiter verzögert, so daß die Schwingungsunterdrückung reduziert ist. Im Gegensatz dazu ist es möglich, wenn die weitere Regelschleife, die das Ausgangssignal des Motorstrommodells verwendet, erfindungsgemäß hinzugefügt wird, die Wirkung der Schwingung mittels der schnellen Regelschleife, die keine integrierenden Elemente aufweist, zu bewerten und rückzukoppeln. Es ist folglich möglich, die Schwingungen sogar mit einem Drehmoment-(Strom-)-Regelsystem zu unterdrücken, das eine große Reaktionsverzögerung aufweist.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Blockdarstellung einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors,

Fig. 2 einen Teil der Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl der Fig. 1, wobei die jeweiligen Blöcke durch ihre Übertragungsfunktionen bezeichnet sind,

Fig. 3 beispielhaft Ortskurven der Wurzeln der Blockdarstellung der Fig. 2, und

Fig. 4 eine Blockdarstellung einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Induktionsmotors.

Die Fig. 1 zeigt ein Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors. Ein Drehzahlregler 1 berechnet ein Strombefehlsgrundsignal I _c , das die Drehzahl eines Gleichstrommotors 5 bestimmt, unter Verwendung eines Drehzahlreferenzsignales N _r und eines Drehzahlistwertsignales N _f , das durch einen Drehzahldetektor 6 festgestellt wird, der an den Gleichstrommotor 5 angeschlossen ist. Das Strombefehlsgrundsignal I _c (Ausgangssignal des Drehzahlreglers 1), zu dem I _I und I _N durch eine Additionsschaltung 2 mit zwei Addierern hinzuaddiert werden, wird in ein Strombefehlssignal I _r für einen Stromregler 3 umgewandelt. Der Stromregler 3 vergleicht ein Stromistwertsignal I _f , das durch einen Stromdetektor 7 festgestellt worden ist, mit dem Strombefehlssignal I _r , und regelt den Strom, der zum Gleichstrommotor 5 fließt, durch Ändern der am Gleichstrommotor 5 anliegenden Spannung mittels einer Steuerimpulsgenerationsschaltung 4 und einem Stromrichter 8. Das Ausgangssignal I _c des Drehzahlreglers 1 wird auch einem Motormodell 9 eingegeben. Das Motormodell 9 ist aus einer Kaskadenschaltung eines Motorstrommodelles 10 zur Stromberechnung eines idealen Motors und einem Motordrehzahlmodell zur Drehzahlberechnung des idealen Motors zusammengesetzt. Das Ausgangssignal N _M des Motordrehzahlmodells 11 wird mit dem Drehzahlistwertsignal N _f verglichen und die Abweichung ε _N erzeugt ein erstes Stromkorrektursignal I _N mittels eines ersten Kompensationselementes 13. Das Ausgangssignal I _M des Motorstrommodells 10 wird mit dem Stromistwertsignal I _f verglichen und die Abweichung ε _I erzeugt ein zweites Stromkorrektursignal I _I durch ein zweites Kompensationselement 12.

Wenn sich das Drehzahlreferenzsignal N _r schrittweise ändert, ändert sich das Ausgangssignal I _c des Drehzahlreglers 1 ebenfalls. Eine solche Änderung wird sowohl dem Motorstrommodell 10 als auch der Additionsschaltung 2 eingegeben. Wenn die Charakteristiken des Motorstrommodells 10 und des Motordrehzahlmodells 11 mit den augenblicklichen Motor-Betriebscharakteristiken übereinstimmen, sind die Abweichungen ε _I und e _N zwischen den Ausgangssignalen den jeweiligen Modellen und der jeweiligen Istwertsignalen Null. In diesem Fall werden dann auch die ersten und zweiten Strom­ korrektursignale I _N und I _I gleich Null und das Ausgangssignal, das Strombefehlsgrundsignal I _c des Drehzahlreglers 1 wird gleich dem Strombefehlssignal I _r für den Stromregler 3. Im Ergebnis regelt der Stromregler 3 den Stromrichter 8 mittels der Steuerimpulsgenerationsschaltung 4 so, daß das festgestellte Stromistwertsignal I _f mit dem Strombefehlssignal I_r übereinstimmt.

Andererseits werden, wenn die Ausgangssignale des Motorstrom- und des Motordrehzahlmodells 10 und 11, die ein ideales Ansprechverhalten zeigen, von den augenblicklichen Motorstrom- und Drehzahlsignalen verschieden sind, die ersten und zweiten Stromkorrektursignale I _N und I _I so erzeugt, daß die tatsächliche Motorreaktion mit den Motormodellreaktionen übereinstimmt. Wenn die von dem Gleichstrommotor 5 angetriebene Last ein Schwingungsverhalten zeigt, erscheint der Einfluß der schwingenden Last auf den Motorstrom- und Motordrehzahlistwertsignalen, jedoch nicht auf den Ausgangssignalen der Motorstrom- und Motordrehzahlmodelle 10 und 11. Im Ergebnis erscheinen die Unterschiede zwischen den Modellausgangssignalen und den Istwertsignalen als Abweichungen ε _I und e _N . Mit anderen Worten werden im Falle einer schwingenden Last die Schwingungskomponenten in den Istwertsignalen als ε _I und e _N ausgegeben, und die ersten und zweiten Stromkorrektursignale I _N und I _I , die proportional zu den Abweichungen ε _N und ε _I sind, werden zu dem Strombefehlsgrundsignal I _c hinzuaddiert, wodurch eine Regelung derart erfolgt, daß die tatsächliche Motorreaktion mit der Motormodellreaktion übereinstimmt. Es wird somit eine Motordrehzahlregelung mit geringen Schwingungen erreicht.

Insbesondere bewertet die zweite Regelschleife, die das zweite Stromkorrektursignal I _I anwendet, das durch Vergleich des Ausgangssignales I _M des Motorstrommodells 10 mit dem festgestellten Stromistwertsignal I _f erzeugt wird, die Schwingungskomponenten, die durch die Lastschwingungen verursacht werden, mit nur geringer Reaktionsverzögerung, so daß die Regelschleife auch die Schwingungskomponenten kompensiert, die sich mit einer kurzen Periode ändern. Das heißt, daß auch, wenn die Reaktion des Regelsystems mit dem Stromregler 3 langsam ist, da die Verzögerung der das zweite Stromkorrektursignal I_I erzeugenden Schwingungs-Regelschleife klein ist, die Verzögerung in der Regelung insgesamt klein ist, wodurch die Schwingung unterdrückt wird. Andererseits ist, da die erste Regelschleife, die das erste Stromkorrektursignal I _N anwendet, das durch Vergleich des Ausgangssignales N _M des Motordrehzahlmodells 11 mit dem festgestellten Drehzahlistwertsignal N _f erzeugt wird, einschließlich des Integrationstermes, die Reaktion davon etwas langsamer. Die erste Regelschleife ist jedoch zur Unterdrückung der verbleibenden Drehzahlschwingungen wirksam.

Wie beschrieben bewirkt die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer Motordrehzahlregelung mit einer Stromregelung mit langsamer Reaktion für das Antreiben einer schwingenden Last eine Annäherung an die Reaktion eines Motormodells ohne Schwingungen, das durch Motorstrom- und Motordrehzahlmodelle dargestellt wird. Im Ergebnis werden Schwingungen in der Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl unterdrückt.

Diese Wirkung wird nun genauer mit Bezug auf die Fig. 2 erläutert, die eine Blockdarstellung der in der Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl, die eine schwingende Last antreibt, zeigt. Die Fig. 2 ist eine Blockdarstellung der Regelung vom Ausgangssignal I _c des Drehzahlreglers 1 bis zum Drehzahlistwertsignal N _f des in der Fig. 1 gezeigten Gleichstrommotors 5. Gleiche Bezugszeichen wie in der Fig. 1 bezeichnen gleiche Elemente. Die Charakteristiken des Stromregelsystems, das aus dem Stromregler 3, der Steuerimpulsgenerationsschaltung 4, dem Stromrichter 8, dem Gleichstrommotor 5 und dem Stromdetektor 7 der Fig. 1 zusammengesetzt ist, werden durch ein Verzögerungsglied erster Ordnung 15 mit einer Zeitkonstanten T₁ dargestellt. Das Ausgangssignal des Verzögerungsglied erster Ordnung 15 wird durch einen Block 16 für eine Gleichstrommotor-Drehmomentkonstante K _T in das Motordrehmoment τ _m umgewandelt. Das Motordrehmoment τ _m wird in die Drehzahl N _f des Gleichstrommotors durch ein Integrationselement 17 mit der Motorträgheit J _m umgewandelt. Eine Zweimassenlast 18 mit einer Trägheit J _l , einem Dämpfungsfaktor C _l und einer Starrheit K _l ist an den Gleichstrommotor angeschlossen, wie es durch einen gestrichelten Block angedeutet ist. τ _l ist ein Lastdrehmoment, das an der Zweimassenlast 18 anliegt. Der Dämpfungsfaktor C _l wird als sehr klein angenommen, da die Last ein Schwingungsverhalten zeigen soll. Die Trägheit J_l, der Dämpfungsfaktor C _l und die Starrheit K _l der Last werden durch Blöcke 19, 20 und 21 dargestellt. Das Motorstrommodell 10 wird durch ein weiteres Verzögerungsglied erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten T _M dargestellt, und das Motordrehzahlmodell ist aus einem Proportionalelement 22 mit einem Koeffizienten K _M und einem Integrationselement 23 mit einem Koeffizienten 1/J _M zusammengesetzt. Das erste Kompensationselement 12 wird durch eine Proportionalitätskonstante K _I und das erste Kompensationselement 13 durch eine Proportionalitätskonstante K _N dargestellt.

Die Übertragungsfunktion von dem Strombefehlsgrundsignal I _c zum tatsächlichen Drehzahlistwertsignal N _f in der in der Fig. 2 gezeigten Regelsystem-Blockdarstellung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

In der Gleichung (1) ist A(S) durch folgende Gleichung gegeben:

In der Gleichung (2) sind ζ und ω _n wie folgt enthalten:

Die Änderung des Drehzahlistwertsignals N _f , wenn sich das Strombefehlsgrundsignal I _c des Drehzahlreglers 1 ändert, wird durch die Gleichung (1) angegeben, insbesondere ist das Schwingungsverhalten im wesentlichen durch den Nenner der Gleichung (1) bestimmt, das heißt durch die Wurzel der Gleichung (2). Aus der Gleichung (2) ergibt sich, wenn die Proportionalitätskonstanten K _I und K _N der Kompensationselemente zu Null angenommen werden, A(S) wie folgt:

A(S) = J _m J _M S²(1 + T _M S)(1 + T₁S) (S² + 2 ζω _n + ω _n ²) (5)

Aus der Gleichung (5) ist zu ersehen, daß die in der Fig. 2 gezeigte Regelsystem-Blockdarstellung ein Schwingungsverhalten mit einer Dämpfungskonstanten ζ hat, das nur vom Motor und dem Lastverhalten bestimmt ist. Insbesondere zeigt ein Regelsystem mit einem kleinen Dämpfungsfaktor C _l große Schwingungen aufgrund einer extrem kleinen Dämpfungskonstanten ζ. Im Gegensatz dazu ist es möglich, wenn das erste und zweite Kompensationselement 13 und 12 mit Proportionalitätskonstanten K_N und K_I in das Regelsystem eingefügt werden, die Wurzel von A(S) = 0 auf einen geeigneten Wert zu setzen. Die Fig. 3 zeigt die Ortskurven der Wurzeln von A(S) = 0 bezüglich T _I , K _I und K _N . Unter der Annahme, daß eine Schwingungswurzel (nur ein quadratisches System mit einem positiven Imaginärteil) der Gleichung (2) an einem Punkt A liegt, und wenn das Verzögerungsglied erster Ordnung 15 Null ist, das heißt T _I = 0, wird die Neigung R der charakteristischen Wurzel bezüglich des Ursprungs nur durch Einstellen der ersten Proportionalitätskonstanten K _N des ersten Kompensationselementes 13 groß, wie es durch eine ausgezogene Linie angezeigt ist, und im Ergebnis ist die Dämpfungskonstante ζ erhöht. Beispielsweise ist eine charakteristische Wurzel zu einem Punkt B durch Einstellen von K _N so, daß eine Schwingung größtenteils unterdrückt wird, wählbar. Wenn jedoch die Verzögerung T _I des Stromregelsystems in der Motorregelung groß ist und wenn die erste Proportionalitätskonstante K _N allein angehoben wird, ändert sich die Ortskurve der Wurzel wie durch die gestrichelte Linie in der Fig. 3 gezeigt. Wie aus der Ortskurve ersichtlich ist, nimmt die Neigung R allmählich zu, um die Schwingung leicht zu unterdrücken, die Schwingungsunterdrückung ist jedoch nicht ausreichend. Im Gegensatz dazu, wenn die zweite Proportionalitätskonstante K _I des zweiten Kompensationselementes 12 von einem Punkt C angehoben wird, wird die Ortskurve der Wurzel wie durch die strichpunktierte Linie in der Fig. 3 gezeigt, und es ist ersichtlich, daß mit dem Ansteigen von K _I die Neigung R der charakteristischen Wurzel bezüglich des Ursprungs weiter ansteigt, wodurch die Schwingungsunterdrückung verbessert wird.

Wie beschrieben zeigt diese Ausführungsform auch dann eine Schwingungsunterdrückung, wenn die Zeitkonstante T _I des Verzögerungsglieds erster Ordnung 15 groß ist.

Obwohl das Ausgangssignal des Motorstrommodells anstelle des eines Motordrehmomentmodells in der Ausführungsform der Fig. 1 verwendet wird, kann auch ein Ausgangssignal eines Motordrehmomentmodells, das heißt ein Ausgangssignal vom Proportionalelement 22, mit dem Motordrehmomentistwertsignal τ _m zur Bildung der ersten Abweichung ε _I verglichen werden, wobei ein Drehmomentdetektor anstelle des Stromdetektors 7 verwendet wird.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für eine eine in diesem Fall feldorientierte Regelung der Drehzahl eines Induktionsmotors. Ein Drehzahldetektor 32 ist mechanisch mit einem Induktionsmotor 31 verbunden, und es wird am Ausgang des Drehzahldetektors 32 ein festgestelltes Drehzahlistwertsignal N _f erhalten. Des weiteren wird die Spannung einer Gleichstromquelle 33 über einen Wechselrichter 34 in eine Wechselspannung umgewandelt, die zur Erzeugung entsprechender Phasenströme an den Induktionsmotor angelegt wird. Die Ströme der jeweiligen Phasen werden durch Stromdetektoren 35 bis 37 festgestellt und zu einem Wechselstromregler 38 als Rückkoppelsignale zurückgeführt und auch an einen Dreiphasen/Zweiphasenumformer 39 zur Feststellung der d-Achsen- und q-Achsen-Stromkomponenten geführt. Der Ausgang des Wechselstromreglers 38 wird einer Basissignalerzeugungsschaltung 40 eingegeben, die Basissignale für Transistoren erzeugt, die den Wechselrichter 34 bilden. Die Befehlssignale i _ur , i _vr und i _wr für den Wechselstromregler 38 werden von den Ausgängen eines Zweiphasen/Dreiphasenumformers 41 erhalten.

Das Drehzahlregelsystem berechnet ein Strombefehlsgrundsignal I _qc , das die Basis einer q-Achsen-Stromkomponente bildet, in einem ersten Drehzahlregler 42 unter Verwendung des Unterschiedes zwischen einem Drehzahlreferenzsignal N _r und einem Drehzahlistwertsignal N _f . Ein Strombefehlsgrundsignal I _dr für die d-Achsen-Stromkomponente wird von einem zweiten Drehzahlregler 43 ausgegeben, es wird jedoch zum Zwecke der Vereinfachung der Erläuterung angenommen, daß das Strombefehlsgrundsignal I _dr konstant ist. Die Strombefehlsgrundsignale I _dr und I _qc für die d-Achsen- und die q-Achsen-Stromkomponenten werden einem Motormodell 47 eingegeben, das aus einem ersten Multiplikator 44, einem Motorstrommodell 45 und einem Motordrehzahlmodell 46 zusammengesetzt ist. Andererseits wird das durch den Motor erzeugte Drehmoment τ _f durch Multiplikation des Stromistwertsignals I_qf der q-Achsen-Stromkomponente und des Stromistwertsignals I_df der d-Achsen-Stromkomponente, die durch den Dreiphasen/Zweiphasenumformer 39 festgestellt wurden, mittels eines zweiten Multiplikators 48 erhalten. Das Ausgangssignal τ _M aus dem Motorstrommodell 45 und das Ausgangssignal N _M aus dem Motordrehzahlmodell 46 werden jeweils mit dem Drehmomentistwertsignal τ _f und dem Drehzahlistwertsignal N _f verglichen und die Unterschiede ε _τ und ε _N durch ein erstes Kompensationselement 50 und ein zweites Kompensationselement 49 in erste und zweite Stromkorrektursignale I_qN und I_qI umgewandelt, die zu dem Strombefehlsgrundsignal I _qc für die q-Achsen- Stromkomponente, die die Basis für die q-Achsen-Stromkomponente ist, hinzuaddiert werden, wodurch ein Strombefehlssignal I _qr für die q-Achsen-Stromkomponente erhalten wird. Dieses Strombefehlssignal I _qr und das Strombefehlsgrundsignal I _dr für die q-Achsen- und d-Achsen-Stromkomponenten werden mit den Stromistwertsignalen I _qf und I _df verglichen und jeweils einem ersten und einem zweiten Stromregler 51 und 52 für die q-Achsen- und d-Achsen-Stromkomponenten zugeführt, deren Ausgänge an den Zweiphasen/Dreiphasenumformer 41 geführt sind. Das Bezugszeichen 53 bezeichnet eine Schaltung zur Berechnung einer Wechselrichter- Winkelfrequenz ω₁ durch Anwendung des Strombefehlssignals I _qr und des Strombefehlsgrundsignals I _dr für die q-Achsen- und d-Achsen-Stromkomponenten und das Drehzahlistwertsignal N _f , und das Bezugszeichen 54 eine Schaltung zur Erzeugung eines Wechselstromsignales mit einer Winkelfrequenz ω₁ durch Anwendung der Winkelfrequenz ω₁.

Wenn ein Drehzahlreferenzsignal N _r in der Ausführungsform der Fig. 4 angelegt wird, berechnet der erste Drehzahlregler 42 das Strombefehlsgrundsignal I _qc für die q-Achsen-Stromkomponente bezüglich dem Drehzahlistwertsignal N _f . Das Ergebnis davon und das Strombefehlsgrundsignal I _dr für die d-Achsen-Stromkomponente werden dem Motormodell 47 eingegeben, beide Signale I _qc und I _dr durch den ersten Multiplikator 44 multipliziert und als Ergebnis ein Strombefehlssignal errechnet. Das Ergebnis davon wird dem Motorstrommodell eingegeben, wodurch ein Ausgangssignal τ _M des Motorstrommodells erhalten wird. Das Ausgangssignal τ _M wird des weiteren einem Motordrehzahlmodell 46 eingegeben, wodurch ein Ausgangssignal N _M des Motordrehzahlmodells erhalten wird. Wenn diese Ausgangssignale τ _M und N _M der Modelle mit dem Drehmomentistwertsignal τ _f und dem Drehzahlistwertsignal N _f übereinstimmen, werden die Eingangssignale ε_N, ε_τ, für das erste und zweite Kompensationselement 50 und 49 Null, so daß die Ausgangssignale I _qN und I _qI ebenfalls Null werden und damit das Strombefehlsgrundsignal I _qc für die q-Achsen-Stromkomponente mit dem Strombefehlssignal I _qr für die q-Achsen- Stromkomponente übereinstimmt. In diesem Fall bewirken die Ausgangssignale vom Motormodell 47 keine Änderungen an der Charakteristik des gesamten Drehzahlregelsystems, und das Drehzahlregelsystem wird als gewöhnlicher Induktionsmotor- Drehzahlregler betrieben, der so gesteuert wird, daß die Drehzahl des Induktionsmotors 31 mit dem Drehzahlreferenzsignal N _r übereinstimmt.

Wenn jedoch eine von dem Induktionsmotor 31 angetriebene Maschine ein Schwingungsverhalten zeigt, erscheint deren Einfluß auf den Istwertsignalen I _df , I _qf und N _f . Andererseits ist deren Einfluß auf das Motormodell 47 sehr klein. Die Einflüsse der Schwingungskomponenten erscheinen daher in den Unterschieden ε_N, ε_τ, zwischen den Ausgangssignalen der Modelle und den Istwertsignalen, und die ersten und zweiten Korrektursignale I _qN und I _qI werden derart erzeugt, daß die Unterschiede zu Null werden, wodurch das Drehmoment des Induktionsmotors 31 geregelt wird. Im Ergebnis unterdrückt die erläuterte Schaltungsanordnung die Schwingungen und ergibt ein stabiles Drehzahlregelverhalten wie die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform.

Wie beschrieben ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch für die Drehzahlregelung eines Wechselstrommotors anwendbar, und es ist möglich, die Schwingungen des Motors zu unterdrücken und ein stabiles Regelverhalten zu erzielen, das ein Ansprechverhalten nahe dem idealen Ansprechverhalten des Motormodells zeigt, auch wenn der Motor eine schwingende Last antreibt.

Obwohl in der Ausführungsform der Fig. 4 die Korrektursignale nur zu der q-Achsen-Stromkomponente addiert werden, werden, wenn sich die Strombefehlsgrundsignale für die d-Achsen-Stromkomponente ändern, die Korrektursignale jeweils in Abhängigkeit vom Verhältnis der Strombefehlsgrundsignale aufgeteilt, während das Vektorprodukt der Korrektursignale konstant gehalten wird.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, auch für einen Motor, der eine schwingende Last antreibt, die Schwingungen zu unterdrücken und ein stabiles Drehzahlregelverhalten zu erreichen.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektro­ motors
mit einem Drehzahlregler (1; 42, 43), der ein Strombefehls­ grundsignal (I_c; I_qc, I_dr) durch Vergleich eines Drehzahlrefe­ renzsignales (N_r) und eines Drehzahlistwertsignales (N_f) vom Elektromotor (5; 31) erzeugt;
mit einem Addierer (2) zum Korrigieren des Strombefehlsgrundsignales (I_c; I_qc, I_dr), und zum Erzeugen eines Strombe­ fehlssignales (I_r; I_qr);
mit einem Komparator, der das Strombefehlssignal (I_r; I_qr) mit einem Stromistwertsignal (I_f; I_qf, I_df) vom Elektromotor (5; 31) vergleicht;
mit einem Stromregler (3; 51, 52), der den durch den Elektromotor (5; 31) fließenden Strom in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Komparators regelt;
mit einem Motormodell (9; 47), dem das Strombefehlsgrundsignal (I_c; I_qc, I_dr) zugeführt ist, wobei das Motormodell (9; 47) eine Kaskadenschaltung eines Motorstrommodells (10; 45) und eines Motordrehzahlmodells (11; 46) aufweist;
und mit einer ersten Regelschleife, die das Drehzahlistwertsignal (N_f) mit einem Ausgangssignal (N_M) des Motordrehzahlmodelles (11; 46) vergleicht und ein erstes, dem Strombefehlsgrundsignales (I_c; I_qc, I_dr) im Addierer (2) zu addierendes, Stromkorrektursignal (I_N; I_qN) erzeugt, ge­ kennzeichnet durch eine zweite Regelschleife, die das Stromistwertsignal (I_f; I_qf, I_df) mit einem Ausgangssignal I_M; τ_M des Motor­ strommodells (10; 45) vergleicht und ein zweites, dem Strom­ befehlsgrundsignal (I_c; I_qc, I_dr) im Addierer (2) zu addierendes, Stromkorrektursignal (I_I; I_qI) erzeugt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Regelschleife ein erstes Kompensationselement (13; 50) aufweist, das das erste Stromkorrektursignal (I_N; I_qN) proportional zur Abweichung (ε_N) des Drehzahlistwertsignales (N_f) vom Ausgangssignal (N_M) des Motordrehzahlmodelles (11; 46) erzeugt und daß die zweite Regelschleife ein zweites Kompensationselement (12; 49) aufweist, das das zweite Stromkorrektursignal (I_I; I_qI) proportional zur Abweichung (ε_I; ε_τ) des Stromistwertsignales (I_f; I_qf, I_df) vom Ausgangssignal (I_M; τ_M) des Motorstrommodelles (10; 45) erzeugt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5) ein Gleichstrommotor ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (31) ein Induktionsmotor ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler (42, 43) aus einem ersten Drehzahlregler (42) zum Erzeugen eines ersten Strombefehlsgrundsignales (I_qc) für eine q-Achsen-Stromkomponente und einem zweiten Drehzahlregler (43) zum Erzeugen eines zweiten Strombefehls­ grundsignales (I_dr) für eine d-Achsen-Stromkomponente besteht, wobei die ersten und zweiten Strombefehlsgrundsignale (I_qc, I_dr) dem Motormodell (47) durch einen ersten Multiplikator (44) zugeführt sind; daß der Komparator einen ersten Komparator für die q-Achsen-Stromkomponente und einen zweiten Komparator für die d-Achsen-Stromkomponente aufweist; daß der Stromregler (51, 52) einen ersten Stromregler (51) für die q-Achsen-Stromkomponente, der ein Ausgangssignal aus dem ersten Komparator erhält, und einen zweiten Stromregler (52) für die d-Achsen-Stromkomponente enthält, der ein Ausgangssignal aus dem zweiten Komparator erhält, wobei einem Zweiphasen/Dreiphasenumformer (41) die jeweiligen Ausgangssignale aus den ersten und zweiten Stromreglern (51, 52) und einem Wechselstromregler (38) das Ausgangssignal aus dem Zweiphasen/Dreiphasenumformer (41) zugeführt ist; daß ein Dreiphasen/Zweiphasenumformer (39) vorhanden ist, der die 3phasigen Stromistwertsignale (i_uf, i_vf, i_wf) erhält und ein auf die q-Achse transformiertes Stromistwertsignal (I_qf) an den ersten Komparator und einen zweiten Multiplikator (48) und ein auf die d-Achse transformiertes Stromistwertsignal (I_df) zu dem zweiten Komparator und dem zweiten Multiplikator (48) zuführt, wobei eine Wechselrichterfrequenz-Berechnungsschaltung (53) das Strombefehlssignal (I_qr) für die q-Achsen-Stromkomponente, das Strombefehlsgrundsignal (I_dr) für die d- Achsen-Stromkomponente und das Drehzahlistwertsignal (N_f) erhält und eine vorbestimmte Wechselrichterfrequenz (ω₁) erzeugt, und wobei ein Wechselstromsignalgenerator (54) die vorbestimmte Wechselrichterfrequenz (ω₁) aus der Wechselrichter­ frequenz-Berechnungsschaltung (53) erhält und ein Wechselstromsignal mit der vorbestimmten Wechselrichterfrequenz dem Zweiphasen/Dreiphasenumformer (41) und dem Dreiphasen/Zweiphasenumformer (39) zuführt.