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Die Erfindung betrifft ein Servomotorregelverfahren zum
Regeln der Drehzahl und des Stromes eines Servomotors unter
digitaler Steuerung, und insbesondere ein
Servomotorregelverfahren, bei dem der Übertragungsfaktor einer
Stromregeleinrichtung abhängig von der Drehzahl des Servomotors
geändert wird.
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Im Hinblick auf Verbesserungen der Leistungsfähigkeit eines
Mikroprozessors und seiner verringerten Kosten hat ein
digitales Regelverfahren für einen Servomotor als
Servomotorregelverfahren breite Anwendung gefunden. Figur 4 zeigt ein
Blockschaltbild eines unter digitaler Kontrolle arbeitenden
Servomotorregelverfahrens (Stand der Technik), bei dem eine
Operationseinheit 1 eine Differenz zwischen einer
Drehzahleingabe VCMD und einem Drehzahlrückführsignal fb liefert.
Ein Integrator 2 hat einen integrierenden Übertragungswert
k1v für den Drehzahlkreis. Eine Operationseinheit 3 liefert
einen Stromsollwert, der für einen dreiphasigen Servomotor
dreifach unterteilt ist und jeder der unterteilten Werte
wird den Phasen R, S und T zugeführt. Da die Phasenanordnung
identisch ist, wird nur die Phase R in der Zeichnung
dargestellt, während das Übrige weggelassen ist. Ein
proportionaler Übertragungsfaktor im Drehzahlkreis ist mit 4
bezeichnet.
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Eine Stromregeleinrichtung 10 ist für die Phase R
vorgesehen. Eine Operationseinheit 11 liefert eine Differenz
zwischen zwischen einem Rückführstrom Ir der Phase R und der
Stromeingabe. Ein Integrator 12 hat einen integrierenden
Übertragungsfaktor K&sub1; für die Stromregelung. Eine
Operationseinheit
13 liefert eine Differenz zwischen dem Ausgang
des Integrators 12 und einem proportionalen
Übertragungsfaktor K&sub2; der Stromregelung, die mit dem Bezugszeichen 14
bezeichnet ist. Eine Operationseinheit 15 liefert eine
Differenz zwischen einer Gegen-EMK E(S) des Servomotors und dem
Ausgang der Operationseinheit 13, wobei der Ausgang der
Operationseinheit 15 der Spannungsausgang einer impulsbreiten
modulierten Steuerschaltung ist. Ein Verzögerungselement 16
erster Ordnung enthält einen Wicklungswiderstand R des
Servomotors und dessen Induktivität L. Der Ausgang des
Verzögerungselements 16 ist ein Stromfluß im Servomotor.
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Eine Drehmomentkonstante Kt ist mit 17 bezeichnet und
liefert am Ausgang ein Drehmoment. Ein Motor 18 verhält sich
als Trägheitsglied Jm, das als numerische Gleichung
ausgedrückt ein Integrator ist. Der Ausgang des Motors 18
defininiert die Drehzahl des Servomotors und liefert ein
Drehzahlrückführsignal fb.
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Bei einem derartigen Servomotorregelverfahren, das unter
digitaler Steuerung durchgeführt wird, ist die für die
Softwareverarbeitung der digitalen Steuerung erforderliche Zeit
nicht vernachlässigbar, wenn der Servomotor eine hohe
Drehzahl erreicht hat. Die Verlängerung der Verarbeitungszeit
bedeutet gleichzeitig, daß der Übertragungsfaktor der
Stromregelung verringert wird. Ferner ist nun die EMK des
Servomotors hoch und der Stromübertragungsfaktor hat einen
verringerten Wert erreicht. Aus diesen Gründen kann die hohe
Drehzahl nicht gehalten werden und das Resultat ist ein
Mangel an Drehmoment. Andererseits verursacht das konstante
Ansteigen des Stromübertragungsfaktors ein Schwingen der
Stromregeleinrichtung gerade dann, wenn der Motor eine
niedrige Drehzahl hat oder angehalten wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehenden
Probleme zu lösen und ein Servomotorregelverfahren zu
schaffen,
bei dem der Übertragungsfaktor der
Stromregeleinrichtung abhängig von der Drehzahl des Servomotors geändert
wird.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Probleme ein
Servomotorregelverfahren zum Regeln der Drehzahl und des Stroms eines
Servomotors unter digitaler Steuerung vorgesehen, wobei eine
Stromregeleinrichtung in einem Drehzahlkreis vorgesehen wird
und ein integrierender Übertragungsfaktor und ein
proportionaler Übertragungsfaktor der Stromregeleinrichtung
abhängig von der Drehzahl des Servomotors veränderlich geregelt
wird.
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Da der Übertragungsfaktor der Stromregeleinrichtung abhängig
von der Drehzahl des Servomotors vergrößert wird, tritt ein
Schwingen in der Stromregeleinrichtung bei niedrigen
Drehzahlen und beim Anhalten nicht auf, und ein mangelndes
Drehmoment infolge der Verkleinerung des
Stromregelübertragungsfaktors bei hoher Drehzahl kann verhindert werden.
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Die Zeichnung zeigt:
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Figur 1 ein Blockschaltbild einer Phase einer
Stromregeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung,
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Figur 2 ein Diagramm einer beispielhaften Funktion von
(v),
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Figur 3 ein Flußdiagramm der Softwareverarbeitung
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
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Figur 4 ein Blockschaltbild eines bekannten
Servomotorregelsystems, das mit digitaler Steuerung
arbeitet.
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Ein bestmögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun
anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer einphasiger
Stromregeleinrichtung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Eine Drehzahlregelung ist die gleiche wie in Figur 3
gezeigt, so dar deren Beschreibung weggelassen ist. In Figur 1
liefert eine Operationseinheit 21 eine Differenz zwischen
der Stromeingabe Cmd einer Phase R und einem rückgeführten
Strom Ir. Ein integrierender Stromregelübertragungsfaktor 22
hat den Wert k1. Ein Übertragungsfaktor 23 hat den Wert
1 + α(v) und ist vorgesehen, um den integrierenden
Stromregelübertragungsfaktor zu korrigieren. Eine genauere
Beschreibung des Übertragungsfaktors 23 folgt. Ein Integrator
24 liefert am Ausgang eine Spannung.
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Ferner ist eine Operationseinheit 25, ein proportionaler
Stromregelübertragungsfaktor 26 mit dem Wert k2, ein
Übertragungsfaktor 27 zum Korrigieren des proportionalen
Stromregelübertragungsfaktors vorgesehen, der den gleichen Wert
hat wie der Übertragungsfaktor 23 zum Korrigieren des
integrierenden Stromregelübertragungsfaktors. Die
Operationseinheit 25 liefert eine Differenz zwischen dem Ausgang des
Integrators 24 und dem Ausgang des proportionalen
Stromregelübertragungsfaktors 26. Eine Operationseinheit 28
liefert eine Differenz zwischen dem Ausgang der
Operationseinheit 25 und der Gegen-EMK E(S) des Servomotors. Der
Ausgang der Operationseinheit 28 wird als
impulsbreitenmodulierter Ausgang zu einer impulsbreitenmodulierten
Steuerschaltung geführt, die einen Servomotor ansteuert und die
Impulsbreite bestimmt. Der Servomotor 29 ist als
Verzögerungselement erster Ordnung in Form einer numerischen
Gleichung dargestellt, in der R einen Wicklungswiderstand des
Servomotors und L eine Induktivität bedeuten und deren
Ausgang ein Stromfluß im Servomotor ist.
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Auf diese Weise kann durch die Korrektur sowohl des
integrierenden Übertragungsfaktors k1 und des proportionalen
Übertragungsfaktors k2 durch Korrigieren der
Übertragungsfaktoren
"1 + α(v)" der resultierende integrierende und
proportionale Verstärkungsfaktor abhängig von der Drehzahl
des Servomotors geändert werden. Damit kann mangelndes
Drehmoment bei hohen Drehzahlen und das Ansteigen einer
Drehzahlabweichung vermieden werden.
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Als nächstes wird ein Beispiel für eine Funktion α(v)
erläutert. Ein solches Beispiel dieser Funktion ist in Figur 2
dargestellt, bei der auf der Abszisse die Drehzahl des
Servomotors und auf der Ordinate der Funktionswert α(v)
aufgetragen ist. Beträgt die Drehzahl zwischen 0 und va, so ist
der Wert α(v) 0 und für die Drehzahl zwischen va und vb
steigt der Wert linear zusammen mit der Drehzahl an.
Übersteigt die Drehzahl vb, so bleibt dessen Wert auf einem
Festwert αm.
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Hier liegt der Wert α(m) im Bereich von etwa 2 bis 2,5, der
Wert va ist etwa 500 upm und der Wert vb ist etwa 3.000 upm.
Selbstverständlich sind diese Werte nur beispielshaft und
sind abhängig vom Servomotor und seinen Drehzahlen usw.
veränderlich.
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Die Ansteuerung der Stromregeleinrichtung erfolgt durch
einen Mikroprozessor. Ein Überblick der Softwareverarbeitung
ist in Figur 3 dargestellt, in der S1, S2, S3 usw. die
Schrittfolgen bezeichnen. Folgende Bezeichnungen haben
folgende Bedeutungen:
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K&sub1; : Integrierender Stromregelübertragungsfaktor
(nach Korrektur)
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K&sub2; : Proportionaler Stromregelübertragungsfaktor
(nach Korrektur)
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k&sub1; : Integrierender Stromregelübertragungsfaktor
(vor Korrektur)
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k&sub2; : Proportionaler Stromregelübertragungsfaktor
(vor Korrektur)
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TPWM : Impulsbreite am Ausgang der
impulsbreitenmodulierten Schaltung.
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[S1] Hier fällt die Entscheidung, ob der integrierende und
der proportionale Übertragungsfaktor in der
Stromregeleinrichtung geändert werden sollen. Normalerweise werden die
Änderungen der Übertrangsfaktoren durch Parameter
eingestellt. Werden die Faktoren nicht geändert, so folgt S3,
bei einer Änderung jedoch folgt S2.
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[S2] Hier fällt die Entscheidung, ob die Drehzahl des
Servomotors unterhalb des Wertes liegt, so dar die Funktion α(v)
blockiert wird. Im Falle, dar die Drehzahl des Servomotors
unter diesem Wert liegt, so folgt S4, wenn sie jedoch nicht
unter diesem Wert liegt, so folgt S5.
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[S3] Da der Stromregelübertragungsfaktor nicht geändert
wird, werden der integrierende und der proportionale Faktor
vor der Korrektur verwendet, so wie sie sind.
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[S4] Der Stromregelfaktor wird in der vorbeschriebenen Weise
korrigiert.
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K&sub1; = k&sub1; (1 + α(v))
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K&sub2; = k&sub2; (1 + α(v))
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[S5] Der Stromregelfaktor wird geändert. Da jedoch die
Drehzahl des Servomotors den Blockierbereich in der Funktion
α(v) erreicht hat, wird die Korrektur mit dem Blockierwert
"1 + αm" durchgeführt.
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[S6] Entsprechend den in den Schritten S3, S4 und S5
erhaltenen Stromregelübertragungsfaktoren wird die Impulsbreite
TPWM der impulsbreitenmodulierten Schaltung errechnet und
auf den Ausgang gegeben.
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Obwohl in der vorstehenden Beschreibung die
Korrekturfunktion des Stromregelübertragungsfaktors linear mit dem
Drehzahlanstieg des Servomotors erfolgt, ist es auch möglich,
andere Funktionen zu verändern, die abhängig von den
Eigenschaften des Servomotors anderen Veränderungen unterliegen.
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Wie beschrieben wird erfindungsgemäß der
Stromregelübertragungsfaktor abhängig von der Drehzahl des Servomotors
vergrößert, so daß mangelndes Drehmoment und inkrementelle
Drehzahlabweichungen infolge der Verkleinerung des
Stromregelübertragungsfaktors bei hohen Drehzahlen vermieden werden
kann, ohne dar sich Schwingungen in der
Stromregeleinrichtung bei kleinen Drehzahlen und Stillstand des Motors
einstellen.