DE3932214A1

DE3932214A1 - METHOD AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE SPEED OF INCREMENTAL MEASURING SYSTEMS

Info

Publication number: DE3932214A1
Application number: DE3932214A
Authority: DE
Inventors: Hans-Martin Dipl Ing Heinkel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1991-04-04
Also published as: JPH05500448A; EP0493403A1; WO1991005298A1; KR920704207A

Abstract

In a system for imitating (and regulating) the speed, especially the speed of rotation in rotary drive systems, on the basis of an incremental measuring system, in which the incremental position output signal of the measuring system is taken to a state and interference observer and said signal imitates a speed or revolution signal for regulation, it is proposed to attain a quantitatively high time resolution of the measured position signal by multiplying the 0/1 position signal of the incremental measuring system internally by a predetermined number and then taking it to the observation computer, whereby in addition, in rotation speed regulation, a digital integrator in the observation computer is reset in synchronism with the jump in the position signal (from 2 pi to 0 or vice versa).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Nach bildung (und Regelung) der Geschwindigkeit, insbeson dere der Drehzahl bei inkrementalen Meßsystemen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The invention is based on a method for education (and regulation) of speed, in particular the speed in incremental measuring systems the preamble of claim 1 or the preamble of claim 5.

Zur Drehzahlregelung eines Gleichstrom-Elektromotors ist es schon bekannt (Aufsatz von G. Weihrich, Zeit schrift REGELUNGSTECHNIK, Heft 11, 1978, Seiten 349-380), die von einem kombinierten Zustands- und Stör größenbeobachter durch Nachbildung erzeugten Angaben für Lastmoment zur Störgrößenbeaufschlagung bzw. der Differenzzahl für die Schwingungsdämpfung zu ver wenden, so daß die Regeldynamik verbessert werden kann.For speed control of a direct current electric motor it is already known (essay by G. Weihrich, Zeit writing REGELUNGSTECHNIK, issue 11, 1978, pages 349-380), that of a combined state and disturbance size observer information generated by replica for load moment to apply disturbance variables or the difference for the vibration damping ver turn so that the control dynamics are improved can.

Das Grundprinzip einer solchen Zustandsregelung eines Gleichstrommotors beruht auf der modellgestützten Ermittlung bestimmter Zustandsgrößen wie der Ge schwindigkeit (kinetische Energie) und Beschleunigung (Kraft), die sich aus der tatsächlichen Strecke nicht oder nur schwer ableiten lassen, die aber zur Verbes serung des Regelkreises, der Genauigkeit der Regelung, der Schnelligkeit der Regelung, der Berücksichtigung von Störgrößen u. dgl. erforderlich sind, wenn eine schnelle und genaue Drehzahlregelung angestrebt wird.The basic principle of such a state control DC motor is based on the model-based Determination of certain state variables such as the Ge speed (kinetic energy) and acceleration (Force) that is not from the actual route or difficult to deduce, but the verb the control circuit, the accuracy of the control, the speed of regulation, the consideration of disturbances u. Like. Are required if a fast and accurate speed control is sought.

Der Zustands- und Störgrößenbeobachter ist ein elek tronisches Modell und wird üblicherweise softwaremäßig realisiert unter Zugrundelegung eines geeigneten Mikro prozessor- oder Rechnersystems. Er dient zur Verbes serung eines Regelkreises, da er neben dem in üblicher Weise gewonnenen Regelistwert weitere Größen und Anga ben eines Antriebssystems liefern kann, u. a. bei spielsweise Geschwindigkeits- und Beschleunigungsda ten, Störkrafteinwirkungen, Dynamik der Strecke. Tat sächlich handelt es sich bei den von dem elektronischen Modell, welches im folgenden kurz Beobachter genannt wird, gelieferten Daten um Schätzwerte der Geschwin digkeit, der Beschleunigung und der auf die Strecke einwirkenden Störkräfte, die dann in entsprechender Aufbereitung einem zugeordneten Zustandsregler zuge führt werden, der die tatsächliche Regelstrecke steu ert.The condition and disturbance variable observer is an elec tronic model and is usually software realized using a suitable microphone processor or computer system. It is used for verbs of a control loop since it is in addition to the usual Actual control value obtained in this way, further variables and anga ben can deliver a drive system, u. a. at for example speed and acceleration data ten, interference, dynamics of the route. Did In fact, it is the electronic Model, which is called observer for short data is supplied with estimated values of the speed speed, acceleration and on the track acting disturbing forces, which are then in appropriate Preparation associated with an assigned state controller leads that control the actual controlled system ert.

Üblicherweise werden dem Beobachter als Eingangsgrö ßen das vom Ausgang des Zustandsreglers oder auch vom Ausgang eines Leistungsstellgliedes der eigentlichen Strecke gelieferte Signal zugeführt sowie ferner das dem Antriebssystem vom Regler zugeführte Signal, wobei sich dann mit der Ausgangsabweichung das elektronische Modell des Beobachters so nachre geln läßt, etwa durch eine entsprechende Gewichtung spezieller Beobachterreglertherme, daß der Differenz wert ein Minimum wird.The observer is usually given the input variable eats that from the output of the state controller or also from the output of a power actuator to the actual one Route supplied signal supplied as well as the signal supplied to the drive system by the controller, then deviating with the initial deviation the electronic model of the observer valid, for example by appropriate weighting special observer regulator thermal that the difference will be worth a minimum.

Der Beobachter ist daher in der Lage, neben den inne ren Größen (Zustandsgrößen) der Regelung auch äußere Größen (Störgrößen) der Regelstrecke nachzubilden, die dann in Rückführung auf den tatsächlichen Zu standsregler die gewünschte präzise Regelung ermögli chen.The observer is therefore able to sit next to the other variables (state variables) of the control also external To simulate variables (disturbance variables) of the controlled system, which then leads back to the actual approach level controller enables the desired precise control chen.

Daher ist ein solcher in voller Ordnung vorgesteuerter und in sämtlichen seinen Speichergliedern nachgeführ ter Beobachter im Normalfall ein elektronisches Strec kenmodell, welches üblicherweise in allen seinen Tei len in einem Rechner verifiziert und niedergelegt sein kann, dessen Vorsteuerung vom meßbaren Strecken eingang erfolgt und wobei Nachführungen durch eine proportionale Gewichtung aus dem Fehler abgeleitet werden, der durch Vergleich des meßbaren Strecken ausgangs (Regelweg) mit dem entsprechenden Ausgangs signal des Beobachters entsteht.Therefore, such is fully piloted and tracked in all of its memory elements ter observer is usually an electronic track kenmodell, which is usually in all its parts len verified and recorded in a computer can be its pilot control of measurable distances Entrance takes place and with tracking by a proportional weighting derived from the error by comparing the measurable distances output (control path) with the corresponding output signal of the observer arises.

Geht es allerdings um Geschwindigkeits-, speziell um Drehgeschwindigkeitsregelungen, dann können sich erhebliche Probleme ergeben, wenn die Drehzahl, wie an sich üblich, mittels eines inkrementalen Meßsystems ermittelt wird, bei dem etwa eine drehangetriebene Scheibe, um hier ein konkretes Ausführungsbeispiel zu nennen, regelmäßig über den Umfang verteilt Schlitze oder Vorsprünge aufweist, die einen von einem optischen Geber erzeugten Strahl, der auf ein fotoempfindliches Element fällt, periodisch unterbrechen. Es ergibt sich dann ein über der Zeit monoton ansteigendes Treppenkur vensignal, das aber nur dann im zufriedenstellenden Maße für eine Drehzahlmessung und daraus resultierend eine Drehzahlregelung eingesetzt werden kann, wenn die Drehzahl hinreichend hoch ist. Sonst werden bes ser analoge Meßverfahren verwendet, die zwar eine hohe Auflösung liefern können, allerdings bei begrenz tem Meßumfang und durch Offset bzw. Drift verfälschte Meßdaten erzeugen.However, when it comes to speed, specifically around speed control, then you can significant problems arise when the speed, such as per se, by means of an incremental measuring system is determined, in which a rotary drive Disc to give a concrete example to call, slots regularly distributed over the circumference or has protrusions that are one of an optical Encoder generated beam that is on a photosensitive Element falls, interrupt periodically. It results then a stair cure that increases monotonously over time vensignal, but only then in the satisfactory Dimensions for a speed measurement and resulting from it speed control can be used if the speed is sufficiently high. Otherwise bes ser used analog measuring methods, although a can deliver high resolution, but with limited tem range of measurement and falsified by offset or drift Generate measurement data.

Die hier zugrundeliegenden inkrementalen Meßverfahren sind bei kleinen Drehzahlsollwerten für die hochdyna mische Drehzahl- und Lageregelung bei rotatorischen Antriebssystemen weniger geeignet, da bei dem gängi gen Meßverfahren, per Inkrementzählung im Zeitinter vall die Drehzahl zu erfassen, zu wenig zu zählende Impulse pro Zeiteinheit eingehen.The incremental measurement methods on which this is based are at high speed setpoints for the high dynamic range Mix speed and position control with rotary Drive systems less suitable because with the common measuring method, by incremental count in the time interval vall to record the speed, too few to count Receive impulses per unit of time.

Andererseits werden bei Werkzeugmaschinen und Robotern in immer stärkerem Maße Antriebssysteme mit hoher Dynamik bei gleichzeitig hoher Lauf- bzw. Lagerruhe benötigt, wobei kleine Drehzahlsollwerte bei diesen Systemen infolge von systemimmanenten Störungen (Haft- und Gleitreibung, Meßzeiten u. dgl.) nur unbefriedigt oder mit sehr großem Systemaufwand vorgegeben werden können, bei entsprechend hohen Kosten.On the other hand, with machine tools and robots increasingly high drive systems Dynamics with a high level of smoothness and quietness required, with small speed setpoints for these Systems as a result of system-inherent faults (detention and sliding friction, measuring times and. Like.) only unsatisfied or can be specified with a great deal of system effort can, at correspondingly high costs.

Es ist daher auch bekannt (US-PS 46 42 773), speziell zur Betätigung eines solenoidgeschalteten Ventils eine gewünschte hohe Auflösung durch Zeitmessung dadurch zu erreichen, daß durch Kehrwertbildung die zwischen jeweils zwei letzten aufeinanderfolgenden Inkrementpulsen verstrichene Zeit bestimmt wird. Diese Möglichkeit beruht auf der Annahme, daß bis zum Erreichen des nächsten Inkrementpulses der Drehzahlverlauf konstant bzw. bekannt ist, wobei dann mittels eines Rechenvorgangs die aktuelle Position ermittelt wird. Ein solches Meßverfahren führt bei kleinen Drehzahlen zu großer Meßlotzeit und Abweichungen von der tatsächlichen Drehzahl. Daher ergibt sich bei einer Drehzahlregelung bei kleinen Sollwerten ein instabiles Verhalten (Grenzzyklus) und bei einer Lageregelung eine große Lageunruhe.It is therefore also known (US Pat. No. 4,642,773), specifically for actuating a solenoid-operated valve a desired high resolution through time measurement to achieve that through reciprocal formation between two last successive ones Incremental pulse elapsed time is determined. This possibility is based on the assumption that by The speed curve is reached when the next increment pulse is reached is constant or known, whereby then by means of the current position is determined during a calculation process becomes. Such a measuring method leads at low speeds Excessive measurement time and deviations from the actual Rotational speed. Therefore there is a speed control unstable behavior with small setpoints (Limit cycle) and a large one for position control Unrest.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine hochdynamische und genaue Drehzahl- und Positionsregelung eine hochauflösende und verzögerungsarme Drehzahl- und Positionsinformation zur Verfügung zu stellen, und zwar meßzeitfrei mit Hilfe eines Beobachters, so daß auch bei kleiner Inkrementzahl Antriebssysteme hoher Dynamik stabil geregelt werden können.The invention is therefore based on the object for a highly dynamic and precise speed and position control a high resolution and low delay Speed and position information available with no observations, with the help of an observer, so that even with a small number of increments, drive systems high dynamics can be regulated stably can.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnen den Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß auch unter Zugrundelegung eines Positionsgebers mit kleiner Inkrementzahl niedrige Drehzahlen dadurch sicher erfaßt und hoch aufgelöst werden können, indem eine intern hohe Auflösung des Beobachters vorgegeben wird, die darauf beruht, daß das digitale Ausgangs signal des Inkrementgebers mit einer vorgebbaren Zahl multipliziert und dann erst dem Beobachter zugeführt wird, so daß bei dem als Rechner realisierten Beob achter nicht nur immer lediglich das niederwertigste bit eine Änderung erfährt, sondern durch die Zufüh rung einer entsprechend höheren, beispielsweise tau send mal höheren Zahl auch ein entsprechend größerer interner Zahlenbereich der Verarbeitung erschlossen wird. Es gelingt daher, einen fein abgestuften Schätz wert für den Drehwinkel am Ausgang zur Verfügung zu stellen, der die Verwendung preisgünstiger Lagesy steme mit kleiner Inkrementzahl ermöglicht. Anderer seits lassen sich hierdurch auch bei kleinen Drehzah len ein stabiles Verhalten und bei einer Lageregelung eine große Lageruhe erreichen.The invention solves this problem with the mark the features of the main claim and has the advantage that even on the basis of a position encoder with a small number of increments, low speeds can be securely recorded and high-resolution by an internally high resolution of the observer is specified which is based on the fact that the digital output Signal of the increment encoder with a predefinable number multiplied and only then fed to the observer is, so that in the observ eighth not only always the least significant bit experiences a change, but through the feed tion of a correspondingly higher, for example dew send times higher number also a correspondingly larger number internal number range of processing developed becomes. It is therefore possible to make a finely graduated estimate value for the angle of rotation at the output make the use of inexpensive Lagesy systems with a small number of increments. Other on the one hand, this allows even at low speeds len a stable behavior and with a position control to reach a large camp calm.

Vorteilhaft ist ferner, daß sich durch synchrones Rücksetzen des digitalen Integrierers im Beobachter zusammen mit dem Sprung des Lagesignals bei der Dreh zahlregelung von 2π auf 0 im Systemverhalten kein Sprung ergibt.It is also advantageous that by synchronous Resetting the digital integrator in the observer together with the jump of the position signal when turning Number control from 2π to 0 in system behavior none Jump results.

Schließlich ist vorteilhaft, daß die Erfindung bei einem vorhandenen inkrementalen Lagemeßsystem keine zusätzliche Hardware erfordert und softwaremäßig pro blemlos in vorhandene Regelalgorithmen integriert werden kann, wobei es auch gelingt, aufgrund einer speziellen Struktur im Beobachter (Bypass-I-Glied) externe Störungen stationär zu kompensieren. Grundsätzlich gilt daher, daß die beobachtete Drehzahl identisch mit der aktuellen Drehzahl ist.Finally, it is advantageous that the invention at an existing incremental position measuring system none requires additional hardware and software pro easily integrated into existing control algorithms can be, which also succeeds due to a special structure in the observer (bypass I element) to compensate for external disturbances stationary. Basically therefore applies that the observed speed is identical at the current speed.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserun gen der Erfindung möglich.By the measure listed in the subclaims These are advantageous further training and improvements possible according to the invention.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawing is shown and is described in the following section spelling explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein vereinfachtes Modell eines inkrementalen Lagemeßsystems (Drehzahlgeber), wobei Fig. 1 shows a simplified model of an incremental position measuring system (speed sensor), wherein

Fig. 2 das treppenförmig über der Zeit ansteigende Ausgangssignal des Drehzahlsensors darstellt; FIG. 2 shows the output signal of the speed sensor increasing in a step-like manner over time;

Fig. 3 zeigt schematisiert ein Blockschaltbild mit Regelstrecke (Antriebssystem), Regler- und Stör größen-Beobachter, während Fig. 3 shows schematically a block diagram with controlled system (drive system), controller and disturbance variable observer, while

Fig. 4 das Blockschaltbild der Fig. 3 in detaillierte rer Darstellung angibt. Fig. 4 indicates the block diagram of Fig. 3 in a detailed representation.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, die Nachbildung der Geschwindigkeit eines Objekts, beispielsweise die Drehzahl bei rotatorischen Antriebs systemen unter Zugrundelegung eines inkrementalen Meßsystems dadurch entscheidend in der Auflösung auch für niedrige Drehzahlen ohne Änderung der Meßmethode zu verbessern, daß die digitalen 0/1-Ausgangssignale des Inkrementalsensors dem Störgrößenbeobachter/Rech ner mit einer vorgebbaren Zahl multipliziert zugeführt werden, so daß der Beobachtungsrechner pro aktueller Ausgangssignaländerung des Inkrementalgebers mit einer wesentlich höheren Zahlenausbeute arbeiten kann, als wenn lediglich immer nur das niederwertigste bit be einflußt wird.The basic idea of the present invention is simulating the speed of an object, for example the speed of a rotary drive systems based on an incremental Measurement system thereby also decisive in the resolution for low speeds without changing the measuring method to improve that digital 0/1 output signals of the incremental sensor to the disturbance variable observer / comp ner multiplied by a predeterminable number be, so that the observation computer per current Output signal change of the incremental encoder with a can work much higher numerical yield than if only ever the least significant bit is influenced.

Dementsprechend ist es dann für den Beobachtungsrech ner auch möglich, den von ihm erzeugten Schätzwert für Geschwindigkeit oder Drehzahl fein abgestuft geglie dert zu erzeugen und einem Zustandsregler, dem er zugeordnet ist, zuzuführen, so daß auch bei hoher Dynamik des Systems und kleinen Drehzahlen keine In stabilitäten auftreten.Accordingly, it is then for observation ner also possible, the estimate generated by him smoothly graded for speed or speed to generate and a state controller, which he is assigned to feed, so that even at high System dynamics and low speed no in stabilities occur.

In Fig. 1 ist ein rotatorisches Antriebssystem mit 10 bezeichnet; es wird eine Drehzahl ω abgegeben, die mittels eines inkrementalen Meßsystems 11 bestimmt wird. Das inkrementale Meßsystem umfaßt einen Dreh zahlsensor 12, dem beliebige Grundprinzipien der inkre mentalen Lagemessung zugrundeliegen können, beispiels weise induktiv, magnetisch, aber auch optisch wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei eine Lichtquelle 12a einen Lichtstrahl abgibt, der von Schlitzungen oder Durchbrechungen in einer vom An triebssystem 10 angetriebenen Lochscheibe 13 unter brochen wird. Der Lichtstrahl gelangt auf ein licht empfindliches Element, beispielsweise eine Fotodiode 12b, welches auf einen nachgeschalteten Verstärker 12c arbeitet, so daß sich am Ausgang Zählimpulse Φ_mess ergeben. Demnach ergibt sich am Ausgang des Sen sors 12 ein sich entsprechend der Darstellung der Fig. 2 über der Zeit inkremental änderndes Lagesignal, wobei ΔΦ jeweils ein Inkrement darstellt.In Fig. 1, a rotary drive system is designated 10 ; a speed ω is output, which is determined by means of an incremental measuring system 11 . The incremental measuring system comprises a speed sensor 12 , which can be based on any basic principles of incremental position measurement, for example inductive, magnetic, but also optically as in the illustrated embodiment, with a light source 12 a emitting a light beam from slits or openings in one At the drive system 10 driven perforated disc 13 is broken. The light beam reaches a light-sensitive element, for example a photodiode 12 b, which works on a downstream amplifier 12 c, so that counting pulses Φ _mess result at the output. Accordingly, at the output of the sensor 12, a position signal changes incrementally over time, as shown in FIG. 2, ΔΦ representing an increment.

Wie Fig. 3 zeigt, ist das Antriebssystem 10 in Verbin dung mit dem inkrementalen Meßsystem 11 mit Sensor 12 Teil eines Regelverfahrens, wobei das Antriebssystem die Regelstrecke darstellt, mit vorgeschaltetem Reg ler 13 und zugeordnetem Störgrößenbeobachter 14. Es ist der Störgrößenbeobachter 14, der für das Regelsy stem eine Nachbildung oder einen Schätzwert der Ge schwindigkeit, speziell angewandt bei rotatorischen Regelstrecken, der Drehzahl ω_B, liefert und einem dem Regler 13 vorgeschalteten Summationspunkt P1 zuführt, dem ferner die Führungsgröße in Form der Sollgeschwin digkeit ω_soll zugeführt ist.As shown in FIG. 3, the drive system 10 in conjunction with the incremental measuring system 11 with sensor 12 is part of a control method, the drive system representing the controlled system, with an upstream controller 13 and an associated disturbance variable observer 14 . It is the disturbance variable observer 14 who supplies a replica or an estimate of the speed for the control system, especially applied to rotary control systems, the speed ω _B , and supplies a summation point P 1 connected upstream of the controller 13 , to which the command variable in the form of Sollgeschwin speed ω _{should be} supplied.

Der an sich beliebig ausgebildete Regler 13 erzeugt an seinem Ausgang ein Stromsignal I, welches dem An triebssystem 10, welches im einfachsten Fall einen Elektromotor darstellen kann, zugeführt wird.The controller 13 , which is of any design, generates at its output a current signal I which is supplied to the drive system 10 , which in the simplest case can be an electric motor.

Am Ausgang des Elektromotors bzw. Antriebssystems 10 ergibt sich dann das Lagesignal Φ.The position signal Φ then results at the output of the electric motor or drive system 10 .

Weitere Einzelheiten werden im folgenden anhand der Darstellung der Fig. 4 erläutert, wobei darauf hin zuweisen ist, daß die dort dargestellten einzelnen Blöcke oder Angaben sowohl Schaltungsfunktionen als auch allgemein physikalische Größen bzw. Parameter angeben und die jeweiligen diskreten Schalt- oder Wirkungsstufen in Form von Blöcken als Hilfsmittel zu verstehen sind, die die Erfindung nicht einschrän ken, sondern bestimmte funktionelle Grundwirkungen veranschaulichen und spezielle Funktionsabläufe in einer möglichen Realisierungsform angeben. Es ver steht sich, daß die einzelnen Bausteine und Blöcke in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programm gesteuerten digitalen Systemen, also Rechner, Mikro prozessoren, digitalen oder analogen Logikschaltun gen u. dgl. belegen können. Die Erfindung ergibt sich aus den Blockbilddarstellungen der Fig. 3 und 4 in der Grundform ihres funktionellen Gesamt- und Zeitablaufs, wobei die jeweiligen Blöcke hinsichtlich ihrer Wirkungsweise und des Zusammenwirkens bestimmte Teilfunktionen angeben, die jedoch nicht einschränkend zu verstehen sind, sondern lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung dienen sollen.Further details are explained below with reference to the representation of FIG. 4, whereby it should be pointed out that the individual blocks or details shown there indicate circuit functions as well as general physical quantities or parameters and the respective discrete switching or action stages in the form of Blocks are to be understood as aids that do not restrict the invention, but rather illustrate certain basic functional effects and specify special functional sequences in a possible form of implementation. It is understood that the individual blocks and blocks can be constructed in analog, digital or hybrid technology or, in whole or in part, corresponding areas of program-controlled digital systems, i.e. computers, microprocessors, digital or analog logic circuits and the like . Can prove. The invention results from the block diagram representations of FIGS. 3 and 4 in the basic form of their functional overall and time sequence, the respective blocks specifying certain partial functions with regard to their mode of action and interaction, which, however, are not to be understood as restrictive, but only for better understanding to serve the invention.

Das in Fig. 1 gezeigte Strukturbild des Antriebssy stems 10 stellt die Regelstrecke dar, die einer vor gegebenen Differentialgrundgleichung in diesem Fall 2. Ordnung gehorcht und wobei im Störgrößenbeobach ter 14, also dem Beobachtungsrechner in vergleich barer Weise Integrierglieder, Zeitkonstantenglieder vorgesehen sind, die sich jeweils zu den Funktions blöcken im Antriebssystem durch einen zusätzlichen, auf den Beobachterstatus hinweisenden Index "B" un terscheiden.The structural diagram of the drive system 10 shown in FIG. 1 represents the controlled system which obeys a given 2nd order of differential basic equation in this case and in which disturbance variable observer 14 , that is to say the observation computer, integrating elements, time constant elements are provided in a comparable manner Differentiate between the function blocks in the drive system by an additional index "B", which indicates the observer status.

Im Bereich der Regelstrecke schließt sich an den Reg ler 13 zunächst ein Koeffizientenglied 14 an, dem ein weiterer Summationspunkt P2 folgt, an welchem, speziell auf den Elektromotor als rotatorischen An trieb bezogen, Störmomente m_stör zugeführt werden. An sich ist eine solche Darstellung nach dem Differential gleichungs-Blockprinzip bei Regelsystemen mit Beob achtungsrechner bekannt; zur Erzeugung der einzelnen "Zwischenzustandsgrößen" sind hintereinandergeschal tete Integrationsglieder 10a, 10b vorgesehen, wobei am Ausgang des Integrationsglieds 10b das inkremental zu messende Lagesignal Φ entsteht, welches durch das inkrementale Meßsystem 11′ in die Signalabfolge Φ_mess (über der Zeit ansteigende Treppenkurve) umge setzt wird.In the area of the _controlled system, the controller 13 is initially followed by a coefficient element 14 , which is followed by a further summation point P 2 , at which, particularly with respect to the electric motor as a rotary drive, _{disturbing torques} m _{disturbance are} supplied. Such a representation according to the differential equation block principle in control systems with observation computer is known; to produce the individual "intermediate state variables" are hintereinandergeschal preparing integration elements 10 a, 10 b provided, b at the output of the integration element 10 which is formed incrementally measured position signal Φ, which is in the signal sequence Φ _mess (over time, increased by incremental measuring system 11 ' Stair curve) is implemented.

Dem das Lagesignal Φ_mess erzeugenden inkrementalen Meßsystem 11′ ist ein Umwandlungsblock 15 nachge schaltet, der durch Multiplikation oder Umsetzung des 0/1-Ausgangssignals des inkrementalen Meßsystems mit einer vorgebbaren Zahl den internen Zahlenverar beitungsbereich des Beobachtungsrechners entscheidend vergrößert, da nunmehr nicht nur das niederwertigste bit des Beobachtungsrechners bei jeweils einem Inkre mentschritt des Lagesignals beeinflußt wird. Bei spielsweise kann es sich bei dem Beobachter um einen Rechner handeln, der eine Wortbreite von 16 bit auf weist, wobei diese Multiplikation oder Umsetzung dann dazu führt, daß durch die bei jedem Inkrementschritt zugeführte höhere Zahl, beispielsweise
ΔΦ=1 Ink=1000 bit intern
eine vorteilhafte sehr hohe Auflösung des beobachte ten Drehzahlsignals intern realisierbar ist.Said position signal Φ _mess generating incremental measuring system 11 'is a conversion block 15 turns nachge enlarged by multiplication or implementation of 0/1-output signal of the incremental measurement system with a predetermined number of the internal Zahlenverar beitungsbereich the observation computer decisive of, since now not only the least significant bit of the observation computer is influenced at each increment step of the position signal. For example, the observer can be a computer that has a word length of 16 bits, this multiplication or conversion then resulting in, for example, the higher number supplied in each increment step
ΔΦ = 1 Ink = 1000 bit internal
an advantageous very high resolution of the observed speed signal can be implemented internally.

Es ergibt sich dann am Ausgang des Umwandlungsblocks 15 ein umgesetztes Beobachter-Lagesignal Φ_messB, mit dem der Störgrößenbeobachter 14 arbeitet.A converted observer position signal Φ _messB , with which the disturbance variable observer 14 works, then results at the output of the conversion block 15 .

Dabei ist im Störgrößenbeobachter nachfolgend zu nächst ein Summationsbereich P3 gebildet, dem das Beobachterlagesignal Φ_messB zugeführt ist, und zwar zusammen mit einem beobachtereigenen Lagesignal Φ_B, welches vom Beobachter selbst aus den zugeführten Signalen erzeugt ist.In the disturbance variable observer, a summation range P 3 is subsequently formed, to which the observer _{position signal} Φ _{messB is} supplied, together with an observer's own position signal Φ _B , which is generated by the observer himself from the supplied signals.

Der Beobachter umfaßt entsprechend der Blockbildabfol ge des Antriebssystems 10 ebenfalls zwei Integrations glieder 14a, 14b sowie zwei Zeitkonstantenglieder g1 und g2, die der Einstellung der Beobachterzeit konstante dienen, die größer als die Zeitkonstante der Regelstrecke (Antriebssystem 10) ist.The observer corresponding to the Blockbildabfol ge of the drive system 10 also includes two integration elements 14 a, 14 b and two time constant elements g 1 and g 2 , which serve to set the observer time constant, which is greater than the time constant of the controlled system (drive system 10 ).

Wesentlich ist ferner, daß in der Struktur des Beob achters ferner ein Bypass-Integrationsglied 14c vor gesehen ist, zugeordnet parallel zum Zeitkonstanten glied g1, wodurch externe Störungen stationär kompen siert werden können. Das Zeitkonstanten- oder Koeffi zientenglied g1 arbeitet zusammen mit dem Bypass-I- Glied 14c auf einen weiteren Summationspunkt P4 im Eingang des zweiten Integrationsgliedes 14b des Stör größenbeobachters 14, an dessen Ausgang sich der vom Störgrößenbeobachter 14 erstellte nachgebildete Dreh zahl-Schätzwert ω_B ergibt, der dem Vergleicher P1 im Eingang des Reglers 13 zugeführt wird.It is also essential that in the structure of the observer a bypass integration element 14 c is also seen before, assigned in parallel to the time constant element g 1 , whereby external disturbances can be compensated for in stationary fashion. The time constant or Koeffi zientenglied g 1 cooperates with the bypass I- member 14 c to a further summing point P 4 in the input of the second integration element 14 b of the sturgeon size observer 14, at whose output the created by the disturbance observer 14 simulated rotation numerous Estimated value ω _B results, which is fed to the comparator P 1 at the input of the controller 13 .

Schließlich ergibt sich eine weitere wesentliche Maß nahme noch durch eine zusätzliche Verbindungsleitung 16 vom Ausgang des inkrementalen Meßsystems 11′, wel ches auch problemlos so ausgelegt werden kann, daß es die Vollendung eines vollständigen Kreises bei der Drehzahlerfassung, also den Sprung im Lagesignal von 2π zurück auf 0 erfassen kann, zum Integrations glied 14a im Beobachter 14. Dabei wird der digitale Integrierer 14a zusammen mit dem Sprung im Lagesignal von 2π auf 0 synchron zurückgesetzt, so daß sich im Systemverhalten kein Sprung ergeben kann. Im einzel nen wird hierzu so vorgegangen, daß ein Sprung des Sensorsignals von 2π auf 0 oder umgekehrt (je nach Drehrichtung) vom inkrementalen Meßsystem 11′ erfaßt und beim Integrierer im Beobachter ein entsprechender Wert abgezogen oder hinzu addiert wird. Dadurch bleibt der Sprung des Sensorsignals ohne Einfluß auf das beobachtete Drehzahlsignal.Finally, there is a further essential measure by an additional connecting line 16 from the output of the incremental measuring system 11 ', which can also be easily designed so that it completes a complete circle in the speed detection, i.e. the jump in the position signal of 2π back can detect to 0, to the integration member 14 a in the observer 14 . The digital integrator 14 a is reset synchronously together with the jump in the position signal from 2π to 0, so that no jump can result in the system behavior. In detail, the procedure is such that a jump in the sensor signal from 2π to 0 or vice versa (depending on the direction of rotation) is detected by the incremental measuring system 11 'and a corresponding value is subtracted or added to the integrator in the observer. As a result, the jump in the sensor signal has no influence on the observed speed signal.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the following claims and the features shown in the drawing can both individually as well as in any combination with each other be essential to the invention.

Claims

1. Verfahren zur Nachbildung (und Regelung) der Ge schwindigkeit, insbesondere der Drehzahl bei rota torischen Antriebssystemen, unter Zugrundelegung eines inkrementalen Meßsystems, wobei einem Zu stands- und Störgrößenbeobachter das inkrementale Positionsausgangssignal des Meßsystems zugeführt wird und dieser ein Geschwindigkeits- oder Dreh zahlsignal für die Regelung nachbildet, dadurch gekennzeichnet, daß eine zeitlich und wertemäßige hohe Auflösung des gemessenen Lagesignals (Φ_mess) durch dessen interne Multiplikation mit einer vor gegebenen Zahl (ΔΦ=1 Ink=1000 bit intern) und anschließender Zuführung zum Beobachtungsrechner (14) vorgenommen wird.1. A method for simulating (and controlling) the speed, in particular the speed in rotary drive systems, based on an incremental measuring system, the incremental position output signal of the measuring system being supplied to a status and disturbance observer and this a speed or speed signal for simulates the control, characterized in that a high resolution in terms of time and value of the measured position signal (Φ _mess ) is carried out by multiplying it internally by a predetermined number (ΔΦ = 1 Ink = 1000 bit internally) and then feeding it to the observation computer ( 14 ) .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß bei der Drehzahlregelung und der entspre chenden Drehzahlnachbildung synchron zum Sprung des Lagesignals (von 2π auf 0 bzw. umgekehrt) ein digitaler Integrierer (14a) im Beobachtungsrechner (14) zurückgesetzt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that in the speed control and the corre sponding speed simulation synchronously to the jump of the position signal (from 2π to 0 or vice versa), a digital integrator ( 14 a) in the observation computer ( 14 ) is reset.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur synchronen Zurücksetzung des Integrierers (14a) im Beobachtungsrechner (14) der Sprung im Sensorsignal erfaßt und im Integrierer (14a) ein entsprechender Wert hinzuaddiert bzw. abgezogen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that for the synchronous reset of the integrator ( 14 a) in the observation computer ( 14 ) detects the jump in the sensor signal and in the integrator ( 14 a) a corresponding value is added or subtracted.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung stationärer Abweichungen zur Ermöglichung der Nachbildung eines stetigen Geschwindigkeitssignals einem Be obachtungszeitkonstantenglied (g1) im Beobachtungs rechner (14) ein Bypass-Integrationsglied (14c) zugeordnet ist.4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that in order to avoid stationary deviations to enable the simulation of a steady speed signal Be a observation time constant element (g 1 ) in the observation computer ( 14 ) is assigned a bypass integration element ( 14 c).

5. Vorrichtung zur Nachbildung (und Regelung) der Geschwindigkeit, insbesondere der Drehzahl bei inkrementalen Meßsystemen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umwandlungsblock (15) vor gesehen ist, der das Ausgangssignal des inkremen talen Meßsystems (11) mit einer vorgegebenen Zahl multipliziert zur Erzielung einer intern im Be obachter realisierten hohen Auflösung des Lage signals.5. A device for simulating (and controlling) the speed, in particular the speed in incremental measuring systems, for carrying out the method according to any one of claims 1-4, characterized in that a conversion block ( 15 ) is seen before, which talalen the output signal of the incremental Measuring system ( 11 ) multiplied by a predetermined number to achieve an internally implemented in the observer high resolution of the position signal.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß im Beobachtungsrechner (14) ein Bypass- Integrationsglied (14c) parallel zu mindestens einem Beobachtungszeitkonstantenglied (g1, g2) vorgesehen ist zur Verhinderung von stationären Abweichungen. 6. The device according to claim 5, characterized in that in the observation computer ( 14 ) a bypass integration element ( 14 c) is provided in parallel to at least one observation time constant element (g 1 , g 2 ) to prevent stationary deviations.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die mittels Zeitkonstantenglieder (g1, g2) einstellbare Beobachterzeitkonstante größer als die Zeitkonstante der Regelstrecke (Antriebs system 10) ist.7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the adjustable by means of time constant elements (g 1 , g 2 ) observer time constant is greater than the time constant of the controlled system (drive system 10 ).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsleitung (15) zwischen dem Ausgang des einen Sprung im Lagesignal von 2π auf 0 bzw. umgekehrt feststellenden inkre mentalen Meßsystems (11′) und einem Integrations glied (14a) im Beobachtungsrechner (14) vorgesehen ist, derart, daß zur Vermeidung eines Sprungs im Systemverhalten der Sprung im Sensorsignal erfaßt und im Integrationsglied (14b) je nach Drehrichtung ein entsprechender Wert abgezogen oder hinzu addiert wird.8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that a connecting line ( 15 ) between the output of a jump in the position signal from 2π to 0 or vice versa detecting incremental measuring system ( 11 ') and an integration member ( 14th a) is provided in the observation computer ( 14 ) in such a way that, in order to avoid a jump in the system behavior, the jump in the sensor signal is detected and a corresponding value is subtracted or added in the integration element ( 14 b) depending on the direction of rotation.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß dem Umwandlungsblock (15) im Beobachter (14) ein Summationspunkt (P3) mit dem beobachterseitig erstellten Lagesignal (Φ_B) folgt und der sich ergebende Differenzwert parallel zwei Koeffizientengliedern (g1, g2) und dem Bypaß- Integrationsglied (14c) zugeführt ist. 9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the conversion block ( 15 ) in the observer ( 14 ) is followed by a summation point (P 3 ) with the position signal (Φ _B ) generated on the observer side and the resulting difference value in parallel with two coefficient elements (G 1 , G 2 ) and the bypass integration element ( 14 c) is supplied.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des ersten Koeffizientengliedes (g1) und des Bypaß-Integrationsgliedes (14c) mit dem Stromsignal (I) vom Ausgang des Reglers (13) zu einem weiteren Summationspunkt (P4) zugeführt sind, an welchen ein erstes Integrationsglied (14b) des Beobachters (14) angeschlossen ist, dessen Ausgang die nachgebildete Beobachter-Drehzahl angabe (ω_B) erzeugt und mit dem Ausgang des zweiten Koeffizientengliedes (g2) zusammen geführt ist zum Eingang des zweiten Integrations gliedes (14a), an dessem Ausgang das beobachter eigene Lagesignal (Φ_B) entsteht.10. The device according to claim 9, characterized in that the outputs of the first coefficient element (g 1 ) and the bypass integration element ( 14 c) with the current signal (I) from the output of the controller ( 13 ) to a further summation point (P 4 ) are supplied, to which a first integration element ( 14 b) of the observer ( 14 ) is connected, the output of which produces the simulated observer speed (ω _B ) and is guided together with the output of the second coefficient element (g 2 ) to the input of second integration element ( 14 a), at whose output the observer's own position signal (Φ _B ) is generated.