DE4408105A1 - Positionsregler und zugehöriges Verfahren zur Positionsregelung - Google Patents
Positionsregler und zugehöriges Verfahren zur PositionsregelungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Positionsregler zur
Rückkopplung von Positionsinformationen, die von einer Posi
tionserfassungseinrichtung zum Erfassen der Position eines
beweglichen Teils erfaßt werden, sowie auf ein Verfahren zur
Positionsregelung zum Regeln eines beweglichen Objekts im An
sprechen auf einen eingehenden Positionierbefehl. Ganz allge
mein bezieht sie sich auf die Regelung verschiedener Motoran
triebssysteme wie Servosteuerungen und -regler, Spindelregler
und Positionsregler bei numerisch gesteuerten Maschinen.
Der Weg eines Regelsignals in einer Servosteuerung bei einer
herkömmlichen Positionsregelung unter Heranziehung von Über
tragungsfunktionen ist in einem Blockdiagramm in Fig. 13
dargestellt. In dieser Figur ist mit 1 eine Verstärkungsein
heit für einen Positionsregelkreis mit einem Verstärkungsfak
tor Kp angegeben, während das Bezugszeichen 2 einen Propor
tional-Integral-Kompensierer für den Geschwindigkeitsregel
kreis bezeichnet; 3 entspricht einem Trägheitselement und mit
4 ist ein Integrierer angegeben. Gemäß Fig. 13 wird von einem
Positionierbefehl am Punkt A ein Positionsrückkopplungssignal
subtrahiert, und die Differenz wird dann in der Verstärkungs
einheit 1 für den Positionsregelkreis verstärkt, deren Ver
stärkungsfaktor kp beträgt und die einen Geschwindigkeitsbe
fehl abgibt. Von dem Geschwindigkeitsbefehl wird am Punkt 3
ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal subtrahiert, und die
se Differenz wird in dem Proportional-Integral-Kompensierer 2
für den Geschwindigkeitsregelkreis verstärkt, der eine Über
tragungsfunktion Kv + Ki/S aufweist und einen Drehmomentbe
fehl ausgibt.
Der Drehmomentbefehl stellt die Motordrehzahl entsprechend
einer Trägheitskomponente dar, abzüglich eines Verminderungs
betrags, der einem Belastungsdrehmoment entspricht, wie am
Punkt C zu erkennen ist. Die Geschwindigkeit wird vom Punkt D
aus negativ als Geschwindigkeitsrückkopplungssignal in vor
stehend ausgeführter Weise rückgekoppelt. Der Positionswert,
der das Zeitintegral der Geschwindigkeit darstellt, wird am
Punkt E vom Integrierer 4 übernommen, der eine Übertragungs
funktion 1/S hat und das Positionsrückkopplungssignal er
zeugt.
Wird eine Maschine tatsächlich mit dem vorstehend erläuterten
System betrieben, so wird ihre Betriebsweise durch die Reak
tion auf die Positionsrückmeldung gemäß Fig. 14A, 143 äquiva
lent approximiert, da die Reaktion auf die Positionsrückmel
dung im Vergleich zur Reaktion auf die Geschwindigkeitsrück
meldung ausreichend stark ist. Die Charakteristik des in Fig.
14A dargestellten Positionsregelkreises wird als Übertra
gungsfunktion G(S) wiedergegeben:
Im Anschluß hieran wird nun Fig. 14B beschrieben. Erfolgt ein
Positionierbefehl zur Bewegung an eine genau bezeichnete Po
sition zu einem Zeitpunkt to (Bewegungsweg S), so folgt die
tatsächliche Bewegung einer Maschine (Motor) mit einer Folge
verzögerung des Positionsregelkreises (um die Zeitkonstante
des Positionsregelkreises). Gemäß der Darstellung in dieser
Figur wird zu diesem Zeitpunkt ein Geschwindigkeitsbefehl
eingegeben, und diese Fläche ergibt dann die vorgegebene Po
sition (Zeit × Geschwindigkeit). Bei Eingabe in der vorste
henden Weise wird die Umdrehung des Motors mit einer Verzöge
rung erster Ordnung ausgeführt, wie die Figur zeigt. Außerdem
erzeugt der Motor ein steiles Drehmoment bei Einsetzen der
Beschleunigung und bei Einsetzen der Geschwindigkeitsminde
rung.
Bei dem vorstehend dargestellten Positionsregelsystem weist
der Positionsregelkreis eine konstante Zeitverzögerung erster
Ordnung auf und folgt dem Befehl. Damit beschreibt die Um
laufbahn des tatsächlichen Motors einen Kreis auf der Innen
seite des realen Kreises entsprechend der Verzögerungskon
stante erster Ordnung, wenn ein realer Kreis mit zwei Achsen
gezogen wird (X- und Y-Achse), wie Fig. 15 dies zeigt. Die
Verminderung ΔR des Kreisradius kann in diesem Fall folgen
dermaßen dargestellt werden:
Hierbei entspricht R dem Radius des Kreises, während F die
Geschwindigkeit in tangentialer Richtung angibt. Herkömmli
cherweise wird eine Vorschubregelung gemäß Fig. 16 einge
setzt, um den Radiusfehler ΔR auszugleichen, der infolge der
Verzögerung entsteht. Bei Einsatz dieser Vorschubregelung
wird die Radiusverminderung ΔR auf folgenden Wert kompen
siert:
Durch Aufhebung der Verzögerung ersten Grades mit dem Diffe
rential ersten Grades bei der Vorschubsteuerung 7, und bei
auf 1 gesetztem Vorschubkoeffizienten α, läßt sich eine Um
laufbahn des Motors erreichen, die bezüglich des Befehls frei
von einer Verzögerung ist.
Hierbei gibt kp den Verstärkungsfaktor des Positionsregel
kreises an, während 1/kp eine Zeitkonstante des Positionsre
gelkreises und S ein Laplace-Operator ist.
Unter den einschlägigen Fachveröffentlichungen, die einen Be
zug zur Erfindung haben, wird hier ein "Acceleration and De
celeration Control System" [Beschleunigungs- und Verlangsa
mungs-Regelsystem] genannt, wie es in der offengelegten japa
nischen Patentschrift Nr. 209812/85 beschrieben ist.
Bei der vorgenannten Vorschubregelung wird jedoch der Befehl
vor Addition differenziert. Deshalb wird auch der Fehler bei
der Befehlsausführung ebenfalls differenziert, was zu einer
Wellenform mit vielen schwankenden Komponenten führt. Infol
gedessen werden leicht Maschinenschwingungen hervorgerufen,
wenn α = 1 gesetzt wird. Deshalb lädt sich ein völliger Aus
gleich für ΔR unter vorgenannter Verwendung von α nur mit
Schwierigkeiten erreichen. Infolgedessen lädt sich eine ste
tige Wellenform für die Reaktion nicht herbeiführen, was zu
Schwingungen der Maschine führt.
Auch wenn die Vorschubregelung insofern wirksam ist, als sie
die Eigenschaften der nachfolgenden Befehle betrifft, hat sie
keine Unterdrückungswirkung auf externe Störungen, die von
außen auf das Positionsrückkopplungssystem einwirken. Um den
Effekt der Unterdrückung von Störungen, die von außen auf das
Positionsrückkopplungssystem einwirken, zu verbessern, muß
ein hoher Verstärkungsfaktor kp für den Positionsregelkreis
vorgesehen sein. Dies führt jedoch zu verstärkten Veränderun
gen in der Motordrehzahl, was sich beispielsweise an der in
Fig. 14B dargestellten Wellenform für das Drehmoment zeigt.
Infolgedessen wirken auf die Maschine verstärkte Stöße ein,
und außerdem besteht eine erhöhte Neigung zur Übernahme hoch
frequenter Anteile (z. B. der Resonanz der Maschinenanlage und
Rauschanteile). Aus den vorgenannten Gründen läßt sich eine
stabile Erhöhung des Verstärkungsfaktors nicht erreichen.
Die Schaubilder in Fig. 17A und 17B zeigen einen Vergleich
zwischen der Erhöhung des Verstärkungsfaktors durch ein Sy
stem erster Ordnung und der Erhöhung durch das erfindungsge
mäße System höherer Ordnung. Bei einer Erhöhung des Verstär
kungsfaktors mit einem System erster Ordnung herkömmlicher
Art, gestaltet sich dann, wenn ein für die Regelung erforder
liches Band erhöht wird, das System in der Weise, wie sie ge
strichelt in Fig. 17A eingezeichnet ist. Außerdem wird eine
Störkomponente an die Erhöhung des Verstärkungsfaktors ange
paßt, und damit treten Schwingungen noch leichter auf, da
nämlich bei einem herkömmlichen System mit Verzögerung erster
Ordnung ein Band um -20 dB gedämpft wird. Aus diesem Grund
ist bei Erhöhung des Verstärkungsfaktors eine größere Band
breite erforderlich. Der Faktor, mit dem die Hochfrequenzkom
ponente verstärkt wird, erhöht sich jedoch ebenfalls, und da
mit wirkt sich ein hochfrequentes Rauschen noch leichter un
günstig auf das System aus.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Positi
onsregler mit zugehörigem Verfahren zur Positionsregelung zu
schaffen, bei welchen der Verstärkungsfaktor des internen Re
gelkreises auf einen entsprechenden Wert gesetzt wird, um ei
ne starke Reaktion, einen stabilen Regelkreis und eine steti
ge Wellenform in der Reaktion zu erreichen, und dabei auch
Schwingungen der Maschine zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Positionsregler
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß er einen er
sten und einen zweiten Regelkreis zur Bildung eines Positi
onsregelkreises bei einem System zweiter Ordnung unter Bil
dung eines internen zweiten Regelkreises aufweist.
Weiterhin wird diese Aufgabe auch mit einem Positionsregler
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß dieser einen
dritten Regelkreis aufweist, der durch Ausbildung eines in
ternen zweiten und eines internen dritten Regelkreises gebil
det ist.
Erfindungsgemäß sind in dem Positionsregelkreis ein zweiter
Regelkreis bzw. ein zweiter und ein dritter Regelkreis ausge
bildet. Damit erhöht sich die Ordnung des Positionsregelkrei
ses, während die Verstärkungsfaktoren im zweiten und dritten
Regelkreis auf Mindestwerte gesetzt sind, die bezüglich des
Verstärkungsfaktors für den Positionsregelkreis überrege
lungsfrei sind.
Wie vorstehend bereits ausgeführt, ist es mit dem erfindungs
gemäßen Positionsregelsystem möglich, eine starke Reaktion
und eine stabile Charakteristik der Positionsregelung zu er
zielen, die von hochfrequenten Komponenten unbeeinflußt ist.
Damit ist es möglich, stetige Wellenformen bei Beschleunigung
und Verlangsamung als Reaktionswellenform des Motors zu er
zielen, und somit läßt sich eine stabile und erschütterungs
freie Maschinenregelung realisieren. Bezüglich des herkömmli
chen Verstärkungsfaktors Kp des Positionsregelkreises ist es
somit möglich, einen höheren Verstärkungswert zu erzielen und
in der Servoregelung höhere Verstärkungsfaktoren zu realisie
ren.
Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die bei
gefügte Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm mit der Darstellung des Aufbaus ei
nes erfindungsgemäßen Positionsregelsystems;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Funkti
onsablaufs in dem Positionsregelsystem nach Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockdiagramm mit der Darstellung eines anderen
Aufbaus eines erfindungsgemäßen Positionsregelsy
stems;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Funkti
onsablaufs in dem Positionsregelsystem nach Fig. 3;
Fig. 5 ein Blockdiagramm mit der Darstellung eines weiteren
Aufbaus eines erfindungsgemäßen Positionsregelsy
stems;
Fig. 6 ein Blockdiagramm, das einen noch anderen Aufbau des
erfindungsgemäßen Positionsregelsystems zeigt;
Fig. 7 ein Blockdiagramm, das einen noch anderen Aufbau des
erfindungsgemäßen Positionsregelsystems zeigt;
Fig. 8 ein Blockdiagramm, das einen noch anderen Aufbau des
erfindungsgemäßen Positionsregelsystems zeigt;
Fig. 9A und 9B jeweils ein Blockdiagramm, das einen noch wei
teren Aufbau des erfindungsgemäßen Positionsregelsy
stems zeigt;
Fig. 10 ein Blockdiagramm, das einen noch anderen Aufbau des
erfindungsgemäßen Positionsregelsystems zeigt;
Fig. 11 eine Graphik zur Veranschaulichung der Beziehung
zwischen der Wellenform für die Geschwindigkeit und
die Schrittschaltung bei Positionsregelsystemen er
ster bis dritter Ordnung;
Fig. 12A und 12B jeweils eine Graphik zur Veranschaulichung
einer Wellenform für die Motordrehzahl, wenn die
Glättungseingabe auf den "0"-Zustand für die Zeit
konstante gesetzt ist;
Fig. 13 ein Blockdiagramm mit der Darstellung des Aufbaus
eines herkömmlichen Positionsregelsystems;
Fig. 14A und 14B jeweils eine Darstellung zur Erläuterung ei
ner Positionsregelcharakteristik des herkömmlichen
Positionsregelsystems;
Fig. 15 eine Ansicht zur Erläuterung der Umlaufbahn des Mo
tors bei einem herkömmlichen Positionsregelsystem;
Fig. 16 ein Blockdiagramm mit der Darstellung einer herkömm
lichen Vorschubregelung;
Fig. 17A eine Graphik zum Vergleich der Erhöhung des Verstär
kungsfaktors bei einem herkömmlichen System erster
Ordnung mit der Erhöhung des Faktors bei einem Sy
stem mit hohen Harmonischen; und
Fig. 17B eine Graphik zum Vergleich der Erhöhung des Verstär
kungsfaktors bei einem System erster Ordnung mit der
Erhöhung des Faktors bei einem erfindungsgemäßen Sy
stem mit hohen Harmonischen.
Nachfolgend wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Er
findung beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Positionsregelsystem
mit einem internen zweiten Regelkreis. Aus der Figur ist er
sichtlich, daß das Bezugszeichen 1 eine Verstärkereinheit für
den Positionsregelkreis bezeichnet (kp) und 1a eine zweite
Verstärkereinheit für den Positionsregelkreis (kp1) angibt.
Bei 10 ist eine Positionsrückkopplungsschleife ausgebildet,
der eine Positionsinformation von dem Regelungsobjekt zu ei
nem Summierknoten A übermittelt. Bei 11 ist ein Geschwindig
keitsregelkreis ausgebildet, der einem Summierknoten B Ge
schwindigkeitsinformationen übermittelt. Die Integrierer 4
werden so angesteuert, daß sie Rückkopplungswerte für Ge
schwindigkeit und Position erzeugen. Bei Ausbildung des in
ternen zweiten Regelkreises in der Einheit 1a läßt sich die
Übertragungsfunktion G(S) folgendermaßen wiedergeben:
Diese besitzt eine Charakteristik eines Positionsregelkreises
zweiter Ordnung.
Darüber hinaus wird der Regelkreis durch einen Koeffizienten ζ
und eine Geschwindigkeit ωn charakterisiert, wobei
Zur Erzielung einer überregelungsfreien Charakteristik muß ζ
1 sein. Um einen überregelungsfreien Schwellwert ζ = 1 zu
erreichen, können wir folgende Beziehung aufstellen:
kp1 = 4kp . . . (5)
Setzt man Beziehung 5 in Gleichung 4 ein, so erhalten wir ei
ne Charakteristik für einen Positionsregelkreis zweiter Ord
nung wie folgt
In diesem Fall läßt sich die Verringerung des Radius ΔR fol
gendermaßen darstellen:
Damit kann die Radiusverkleinerung für den Regelkreis erster
Ordnung die Hälfte des Wertes nach dem Stand der Technik be
tragen. Bezüglich der Vorschubwirkung ist es außerdem mög
lich, eine 70%ige Vorschubwirkung (α = 0,7) zu erzielen.
Als nächstes werden nun die Funktionsabläufe des Regelkreises
erläutert. Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschauli
chung der Funktionsabläufe in dem Positionsregelsystem gemäß
Fig. 1. Zunächst wird eine Differenz zwischen einer Positi
onsrückmeldung (D) und einem Positionierbefehl berechnet
(S201), dann wird ein Verstärkungsfaktor kp für den Positi
onsregelkreis mit der Differenz multipliziert, woraufhin ein
bestimmter Geschwindigkeitsbefehl (B) ausgegeben wird (S202).
Danach wird eine Differenz zwischen dem bestimmten Geschwin
digkeitsbefehl (B) und einer bestimmten Geschwindigkeitsrück
meldung (C) berechnet (S203) und mit dieser Differenz ein
Verstärkungsfaktor kp1 multipliziert, so daß als Befehl eine
Beschleunigungskomponente ausgegeben wird (S204). Außerdem
wird die bestimmte Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente
(C) durch Integration der bestimmten Beschleunigungskomponen
te (1/S) (S205) ausgegeben, während auch die bestimmte Ge
schwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) integriert (1/S)
und danach als bestimmte Positions-Rückkopplungskomponente
ausgegeben wird (S206).
Nachstehend wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Er
findung beschrieben. Fig. 3 zeigt hierzu ein Positionsregel-
System mit einem zweiten und dritten internen Regelkreis. Da
bei ist mit 1 eine Verstärkungseinheit für den Positionsre
gelkreis (kp) angegeben, und mit 1a eine zweite Verstärkungs
einheit (kp1) für den zweiten Regelkreis, und 1b bezeichnet
eine dritte Verstärkungseinheit (kp2) für den dritten Regel
kreis, während die Bezugszeichen 10′ einen ersten Regelkreis,
11′ einen zweiten Regelkreis und 12 einen dritten Regelkreis
angeben.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Positionsregelsystem mit dem
zweiten und dritten internen Positionsregelkreis 11′, 12 be
sitzt die Übertragungsfunktion G(S) eine Charakteristik der
Positionsregelung dritter Ordnung, die wie folgt ausgedrückt
wird:
Das System dritter Ordnung wird im allgemeinen als
ausgedrückt, wobei Pr die Wurzel ersten Grades ist.
Damit dieses System dritter Ordnung überregelungsfrei ist,
muß Pr bezüglich des reellen Zahlenanteils der konjugierten
komplexen Wurzel aus S2 + 2ζωn S + ωn2 klein sein. Damit muß
eine Beziehung
Pr ζωn . . . (10)
erfüllt sein.
Der Schwellwert der Überregelungsfreiheit beträgt
Pr = ζωn . . . (11)
Wird Beziehung 11 in Gleichung 9 eingesetzt, so erhält man
Aus den Gleichungen 9 und 12 erhalten wir:
kp · kp1 · kp2 = ζωn3
kp1 · kp2 = (2ζ2 + 1) ωn2
kp2 = 3ζωn (13)
kp1 · kp2 = (2ζ2 + 1) ωn2
kp2 = 3ζωn (13)
Durch Eliminieren von ζ und ωn in Gleichung 13 ergibt
sich:
2kp22 - 9kp1kp2 + 27kp · kp1 = 0 . . . (14)
Werden für kp1 und kp2 Werte eingesetzt, die die Gleichung 14
erfüllen, läßt sich ein überregelungsfreies System dritter
Ordnung erhalten.
Die Bedingungen für eine reelle Wurzel aus kp2 lauten:
D = 81kp12 - 216kpkp1 0 8kp1, kp < 0) . . . (15)
sowie
und bei der kleinsten reellen Wurzel aus kp2
In diesem Fall ist kp2 eine mehrfache Wurzel und infolgedes
sen kp2 = 6kp. Werden kp1 (7/3 kp) und kp2 vorgegeben, so re
duziert sich die vorstehende Gleichung 8 auf folgendes:
In diesem Fall lädt sich die Radiusverminderung ΔR folgen
dermaßen darstellen:
wobei α und β Wurzeln zweiten Grades sind.
Aus der Gleichung 18 ergibt sich, daß die Radiusverminderung
bis zu ¼ der herkömmlichen Radiusverringerung ersten Grades
betragen kann. Dies bedeutet, daß es möglich ist, mit dem
Doppelten des Verstärkungsfaktors kp des Positionsregelkrei
ses eine Wirkung herbeizuführen und außerdem eine Vorschub
wirkung von 87% (α = 0,87) zu erzielen.
Als nächstes wird nun die Betriebsweise des erfindungsgemäßen
Positionsreglers beschrieben. Das Ablaufdiagramm in Fig. 4
zeigt die einzelnen Schritte in dem in Fig. 3 dargestellten
Positionsregelsystem. Als erstes wird eine Differenz zwischen
der Positionsrückmeldung (F) und dem Positionierbefehl (A)
berechnet (S401), woraufhin diese Differenz mit dem Verstär
kungsfaktor kp für den Positionsregelkreis multipliziert und
ein Befehl für den zweiten Regelkreis (gegebene Geschwindig
keitsbefehlskomponente: B) ausgegeben wird (S402). Danach
wird eine Differenz zwischen der gegebenen Geschwindigkeits
befehlskomponente (B) und der differenzierten Komponente (ei
ner gegebenen Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente: E)
mit dem Verstärkungsfaktor kp1 für den zweiten Regelkreis
multipliziert, so daß ein Befehl (C) für den dritten Regel
kreis ausgegeben wird (S403), und anschließend wird eine Dif
ferenz zwischen dem Befehl für den dritten Regelkreis (C) und
einer zweimal differenzierten Komponente der Positionsrück
meldung (einer gegebenen Beschleunigungs-Rückkopplungskompo
nente: D) mit dem Verstärkungsfaktor kp2 für den dritten Re
gelkreis multipliziert; danach wird das Produkt integriert,
woraufhin eine gegebene Beschleunigungs-Rückkopplungskompo
nente (D) ausgegeben wird (S404).
Fig. 5 bis 10 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfin
dung. Der in Fig. 5 dargestellte Aufbau macht es möglich, daß
man einen internen Verarbeitungskreis erhält, wenn ein System
mit Harmonischer zweiten Grades dadurch gebildet wird, daß
vor dem Geschwindigkeitsregelkreis ein zweiter Regelkreis
aufgebaut wird. Der externe Regelkreis wird unter Verwendung
von Daten aus dem externen Positionsmelder (Positionsrück
kopplung vom maschinenseitigen Ende in den Regelkreisvorga
ben) aufgebaut. Auf diese Weise reagiert der interne zweite
Regelkreis 11′ im Vergleich zum ersten Regelkreis 10′ stark,
während es dennoch möglich ist, einen stabilen Betrieb auf
rechtzuerhalten. Hierbei ist unter 5 der Geschwindigkeitsre
gelkreis angegeben.
Bei der Konstruktion gemäß Fig. 6 werden die Rückkopplungsda
ten des internen zweiten Regelkreises unter Verwendung von
Daten aus dem externen Positionsmelder gebildet. Auf diese
Weise sind sowohl der erste (10′) als auch der zweite (11′)
Regelkreis stabil. Arbeitet man mit einer Einzelimpuls-An
sprechcharakteristik, so kann bei Eingabe eines Einzelimpuls-
Befehls der Motor mit einem Befehl in der Form "Einzelimpuls
× kp × kp1" als Geschwindigkeitsbefehl im nicht betriebsfähi
gen Zustand der Maschine angetrieben werden.
Fig. 7 zeigt den Aufbau einer Ausführung dritter Ordnung der
Konstruktion gemäß Fig. 5. Deren Merkmale sind hoher An
sprechgrad und starke Dämpfung hoher Frequenzen. Bei dem Auf
bau gemäß Fig. 8 handelt es sich um die Version dritter Ord
nung des Aufbaus gemäß Fig. 6. Diese gestattet eine Verbesse
rung durch höheren Verstärkungsfaktor (Einzelimpuls × kp ×
kp1 × kp2).
Der Aufbau gemäß Fig. 9A entspricht dem Aufbau des Systems
erster Ordnung gemäß Fig. 9B. Aus diesem Grund kann der Re
gelkreis nur eine Komponente als Geschwindigkeitsbefehl lie
fern, die man durch Multiplikation der Differenz zwischen dem
Positionsbefehl und der Positionsrückmeldung mit kp erhält.
Der Aufbau eines Systems zweiter Ordnung kann jedoch nicht
nur automatisch die Geschwindigkeitskomponente bezüglich des
Befehls erzeugen, sondern auch eine Drehmomentkomponente. Bei
einem Befehl der Drehmomentschleife, bei der die Reaktion be
sonders wichtig ist, kann somit ein Drehmomentbefehl durch
Vorauskorrektur erzeugt werden, und zwar nicht nur im Anspre
chen auf einen Drehmomentbefehl, der durch proportionale in
tegrale Beeinflussung der Geschwindigkeitsdifferenz, sondern
auch entsprechend der Drehmomentinformationen erzeugt wird,
die aus der Geschwindigkeitsrückmeldung hochgerechnet werden,
d. h. indem die Abweichung zwischen Befehl und Drehmoment er
mittelt wird. Damit ist es möglich, die Charakteristiken ei
nes robusteren Geschwindigkeitsregelkreises zu erzielen. In
Fig. 9A gibt das Bezugszeichen 6 ein Differenzierglied an.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 handelt es sich um
eine Solldrehmomenteinrichtung mit korrigiertem Regelkreis,
bei welcher das gleiche System dritter Ordnung wie im Fall
von Fig. 9A zum Einsatz kommt.
Es hat sich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbei
spielen gezeigt, daß sich stark ansprechende und stabile Re
gelkreise dadurch erzielen lassen, daß der Grad des Positi
onsregelkreises auf den zweiten, dritten usw. Grad erhöht
wird und daß der Verstärkungsfaktor des internen Regelkreises
auf einen entsprechenden Wert eingestellt wird. Damit kann
durch Erhöhung des Grades des Positionsregelkreises bei der
Reaktion in Positionierschritten die Reaktions-Wellenform
stetiger gemacht werden, wie Fig. 11 zeigt, wodurch Schwin
gungen der Maschine ausgeschlossen werden.
Fig. 12A und 12B zeigen Wellenformen für die Motordrehzahl,
wobei beim Zustand der "0"-Zeitkonstante eine Glättung einge
geben wird (zur Beschleunigung und Verlangsamung der Schal
tung). Gemäß dieser Darstellung besitzen die Systeme ersten
und dritten Grades unterschiedliche Ansprech-Charakteristi
ken. Während sich die vorstehend dargestellten Ausführungs
beispiele auf Systeme bis zur dritten Ordnung bezogen, ist es
auch möglich, Systeme mit höherer als der dritten Ordnung
aufzubauen.
Durch Einführung eines Systems höherer Ordnung in vorstehend
dargestellter Weise wird ein Band (Ansprechempfindlichkeit),
das zur Regelung erforderlich ist, in der in Fig. 17B darge
stellten Weise angehoben, während eine Komponente einer hoch
frequenten Welle, die zur Störkomponente werden soll, in
starkem Maße gedämpft wird. Mit anderen Worten wird bei Sy
stemen höherer Ordnung ein Band um 40 dB (System zweiter Ord
nung) und um 60 dB (System dritter Ordnung) gedämpft, und ist
ein Dämpfungsfaktor für einen Verstärkungsfaktor bei einer
Komponente einer hochfrequenten Welle auch dann hoch, wenn
der Verstärkungsfaktor angehoben ist. Aus diesem Grund ist es
möglich, ein stabiles System zu realisieren, auf das sich
hochfrequentes Rauschen kaum nachteilig auswirkt.
Auch wenn die Erfindung vorstehend anhand eines speziellen
Ausführungsbeispiels zur vollständigen klaren Darstellung be
schrieben wurde, sind die beiliegenden Ansprüche nicht darauf
beschränkt, sondern sie sind vielmehr dahingehend auszulegen,
daß sie alle Modifizierungen und alternativen Konstruktionen
mit umschließen, die sich unter Umständen dem Fachmann anbie
ten und die in angemessener Weise in den Bereich der hier
niedergelegten grundlegenden Lehre fallen.
Bezugszeichenliste
(Fig. 13-17 / Stand d. Technik)
1 Verstärk.einh. f. Positionsregelkreis / position loop gain op. unit
2 Prop. Integrator f. Geschwindigkeitsregelkreis / speed loop prop. integr.comp.u.
3 Trägheitselement / inertia unit
4 Integrierer / integrator
2 Prop. Integrator f. Geschwindigkeitsregelkreis / speed loop prop. integr.comp.u.
3 Trägheitselement / inertia unit
4 Integrierer / integrator
(Fig. 1 . . . 12)
1a 2. Verstärkungseinh. f. Regelkreis / 2. contr. loop gain op. unit
1b 3. Verstärkungseinh. f. Regelkreis / contr. loop gain op. unit
5 Geschwindigkeitsregelkr. / speed loop
6 Differenzierer / differentiator
10 Pos.rückkopplungsschleife / pos. feedb. loop
11 Geschw.regelkreis / speed loop
11′ 2. Regelkreis (int. Pos.) / 2. control loop (int. pos.)
12 3. Regelkreis (int. Pos.) / 3. control loop (int. pos.)
1b 3. Verstärkungseinh. f. Regelkreis / contr. loop gain op. unit
5 Geschwindigkeitsregelkr. / speed loop
6 Differenzierer / differentiator
10 Pos.rückkopplungsschleife / pos. feedb. loop
11 Geschw.regelkreis / speed loop
11′ 2. Regelkreis (int. Pos.) / 2. control loop (int. pos.)
12 3. Regelkreis (int. Pos.) / 3. control loop (int. pos.)
(Fig. 13-17)
A Pkt. / Subtrakt. - zu 1 / point / subtract. → 1
B Pkt. / Subtrakt. - zu 2 / point / subtract. → 2
C Pkt. / Vermind. Lastdrehmom. / point / load torque red.
D Pkt. / neg. Geschw.rückkopp. / point / neg. speed feedback
E Pkt. / pos. Wert (aus 4) / point / pos. value (from 4)
Kp Verstärk. Faktor (Übertragungsfunktion) / gain (transfer function) (1)
Kv+Ki/S Übertragungsfunktion / transfer funct. (2)
1/S Übertragungsfunktion / transfer function (4)
S Bewegungsweg / migration length
B Pkt. / Subtrakt. - zu 2 / point / subtract. → 2
C Pkt. / Vermind. Lastdrehmom. / point / load torque red.
D Pkt. / neg. Geschw.rückkopp. / point / neg. speed feedback
E Pkt. / pos. Wert (aus 4) / point / pos. value (from 4)
Kp Verstärk. Faktor (Übertragungsfunktion) / gain (transfer function) (1)
Kv+Ki/S Übertragungsfunktion / transfer funct. (2)
1/S Übertragungsfunktion / transfer function (4)
S Bewegungsweg / migration length
(Fig. 1-12)
A Summierknoten (Posit.bef.) / summing node (pos. command)
B Summierkn. (Geschw.bef.) / summing node (speed command)
C Geschw.rückkopplung / speed feedback
D Posit.rückkopplung / position feedback
E Geschw.rückkoppl.-Kompon. / speed feeback component
F Posit.rückkopplung / position feedback
S201 Ber. Posit.befehl / position command computation
S202 kp × Diff. (A-D9) / kp × diff. (A-D)
S203 Ber. C / kp1 × Diff. / compute C/kp1 × diff. (B-C)
S204 Bef. Beschl.-Ausgangskomponente / accel. output compon. command
S205 Integr. Beschl.-Ausgangskomponente / integrate accel. output component
S206 C integrieren / integrate C
S401 Ber. Posit.befehl A / position command A computation
S402 Diff. × kp /Bef. an 11′ / diff. × kp / comm. output to 11′
S403 Diff. × kp1 / Bef. an 12 / diff. × kp1 / comm. output to 12
S404 Diff. × kp2 / Ausgang Beschleunigungs-Rückkopplungskomponente / diff. × kp2 / acc. feedb. compon. output
B Summierkn. (Geschw.bef.) / summing node (speed command)
C Geschw.rückkopplung / speed feedback
D Posit.rückkopplung / position feedback
E Geschw.rückkoppl.-Kompon. / speed feeback component
F Posit.rückkopplung / position feedback
S201 Ber. Posit.befehl / position command computation
S202 kp × Diff. (A-D9) / kp × diff. (A-D)
S203 Ber. C / kp1 × Diff. / compute C/kp1 × diff. (B-C)
S204 Bef. Beschl.-Ausgangskomponente / accel. output compon. command
S205 Integr. Beschl.-Ausgangskomponente / integrate accel. output component
S206 C integrieren / integrate C
S401 Ber. Posit.befehl A / position command A computation
S402 Diff. × kp /Bef. an 11′ / diff. × kp / comm. output to 11′
S403 Diff. × kp1 / Bef. an 12 / diff. × kp1 / comm. output to 12
S404 Diff. × kp2 / Ausgang Beschleunigungs-Rückkopplungskomponente / diff. × kp2 / acc. feedb. compon. output
Claims (23)
1. Positionsregler zur Rückkopplung von Positionsinforma
tionen, die von einer Positionserfassungseinrichtung zum
Erfassen der Position eines beweglichen Teils erfaßt
werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß er einen ersten (10) und einen zweiten (11) Re
gelkreis zur Bildung eines Positionsregelkreises bei ei
nem System zweiter Ordnung unter Bildung eines internen
zweiten Regelkreises (11) aufweist.
2. Positionsregler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Übertragungsfunktion der Regelkreischarakteri
stik des Positionsregelkreises zweiter Ordnung lautet:
wobei S = ein Laplace-Operator
kp = Verstärkungsfaktor des Regelkreises erster Ordnung,
und daß der Verstärkungsfaktor (kp1) des Regelkreises zweiter Ordnung gleich 4kp gesetzt ist.
kp = Verstärkungsfaktor des Regelkreises erster Ordnung,
und daß der Verstärkungsfaktor (kp1) des Regelkreises zweiter Ordnung gleich 4kp gesetzt ist.
3. Positionsregler zur Rückkopplung von Positionsinforma
tionen, die von einer Positionserfassungseinrichtung zum
Erfassen der Position eines beweglichen Teils erfaßt
werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß er einen ersten (10′), einen zweiten (11′) und
einen dritten (12) Regelkreis zur Bildung eines Positi
onsregelkreises eines Systems dritter Ordnung unter Bil
dung eines internen zweiten Regelkreises (11′) und eines
internen dritten Regelkreises (12) aufweist.
4. Positionsregler nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Übertragungsfunktion der Regelkreischarakteri
stik des Positionsregelkreises dritter Ordnung lautet:
wobei S ein Operator für eine Laplace-Transformation
ist, und daß der Wert von kp1 so gesetzt ist, daß er im
wesentlichen gleich 8/3 kp ist, während der Wert von kp2
so eingestellt ist, daß er im wesentlichen gleich 6kp
ist.
5. Positionsregler nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Regelkreis zweiter Ordnung mit Verstär
kung einen Geschwindigkeits-Regelkreis (5) aufweist.
6. Verfahren zur Positionsregelung zum Regeln eines beweg
lichen Objekts im Ansprechen auf einen eingehenden Posi
tionierbefehl
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelung über ein System mit Systemübertragungs
funktion erfolgt, und daß die folgenden Schritte vorge
sehen sind:
Berechnen einer Differenz zwischen einer Positionsrück meldung (D) und einem Positionierbefehl (A) (S201);
Erzeugen einer Geschwindigkeitskomponente durch Multi plizieren der Differenz mit einem Verstärkungsfaktor (kp) für einen Positionsregelkreis (S202);
Berechnen einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeits befehl (B) und einer Geschwindigkeitsrückmeldung (C) (S203);
Erzeugen einer Beschleunigungskomponente (1/S) durch Multiplizieren eines Verstärkungsfaktors (kp1) eines in ternen Regelkreises höherer Ordnung mit der Differenz (S204);
Erzeugen einer Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) durch Integrieren der Beschleunigungskomponente (1/S) (S205), und
Erzeugen einer Positions-Rückkopplungskomponente durch Integrieren der Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) (S206).
Berechnen einer Differenz zwischen einer Positionsrück meldung (D) und einem Positionierbefehl (A) (S201);
Erzeugen einer Geschwindigkeitskomponente durch Multi plizieren der Differenz mit einem Verstärkungsfaktor (kp) für einen Positionsregelkreis (S202);
Berechnen einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeits befehl (B) und einer Geschwindigkeitsrückmeldung (C) (S203);
Erzeugen einer Beschleunigungskomponente (1/S) durch Multiplizieren eines Verstärkungsfaktors (kp1) eines in ternen Regelkreises höherer Ordnung mit der Differenz (S204);
Erzeugen einer Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) durch Integrieren der Beschleunigungskomponente (1/S) (S205), und
Erzeugen einer Positions-Rückkopplungskomponente durch Integrieren der Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) (S206).
7. Verfahren zur Positionsregelung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsfunktion für ein System zweiter Ord
nung vorgesehen ist, und daß der Verstärkungsfaktor des
internen Regelkreises höherer Ordnung kp1 ist.
8. Verfahren zur Positionsregelung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Systemübertragungsfunktion G(S) definiert ist
als:
wobei S = ein Laplace-Operator
kp = Verstärkungsfaktor des Regelkreises erster Ordnung,
und daß der Verstärkungsfaktor (kp1) des Regelkreises zweiter Ordnung gleich 4kp gesetzt wird.
kp = Verstärkungsfaktor des Regelkreises erster Ordnung,
und daß der Verstärkungsfaktor (kp1) des Regelkreises zweiter Ordnung gleich 4kp gesetzt wird.
9. Verfahren zur Positionsregelung,
dadurch gekennzeichnet,
daß es folgende Schritte aufweist:
einen ersten Schritt zur Berechnung einer Differenz zwi schen einer Positionsrückmeldung (F) und einem Positio nierbefehl (A) (S401);
einen zweiten Schritt zur Abgabe eines Befehls für einen zweiten Regelkreis (Geschwindigkeitsbefehlskomponente B) durch Multiplizieren der Differenz mit einem Verstär kungsfaktor (kp) für einen Positionsregelkreis (S402);
einen dritten Schritt zur Abgabe eines Befehls für einen dritten Regelkreis durch Multiplizieren der Differenz zwischen der Geschwindigkeitsbefehlskomponente (B) und einer Differenz zwischen der Geschwindigkeitsbefehlskom ponente (B) und einer differenzierten Komponente der Po sitionsrückmeldung (Geschwindigkeitsrückkopplungskompo nente E) mit einem Verstärkungsfaktor (kp1) für den zweiten Positionsregelkreis (S403); und
einen vierten Schritt zur Abgabe einer Beschleunigungs- Rückkopplungskomponente (D) durch Multiplizieren einer Differenz zwischen dem Befehl (C) für den dritten Regel kreis und einer zweimal differenzierten Komponente der Positionsrückmeldung (Beschleunigungs-Rückkopplungskom ponente D) mit einem Verstärkungsfaktor (kp2) für den dritten Positionsregelkreis (S403) und durch Integrieren des Produkts aus der Multiplikation.
einen ersten Schritt zur Berechnung einer Differenz zwi schen einer Positionsrückmeldung (F) und einem Positio nierbefehl (A) (S401);
einen zweiten Schritt zur Abgabe eines Befehls für einen zweiten Regelkreis (Geschwindigkeitsbefehlskomponente B) durch Multiplizieren der Differenz mit einem Verstär kungsfaktor (kp) für einen Positionsregelkreis (S402);
einen dritten Schritt zur Abgabe eines Befehls für einen dritten Regelkreis durch Multiplizieren der Differenz zwischen der Geschwindigkeitsbefehlskomponente (B) und einer Differenz zwischen der Geschwindigkeitsbefehlskom ponente (B) und einer differenzierten Komponente der Po sitionsrückmeldung (Geschwindigkeitsrückkopplungskompo nente E) mit einem Verstärkungsfaktor (kp1) für den zweiten Positionsregelkreis (S403); und
einen vierten Schritt zur Abgabe einer Beschleunigungs- Rückkopplungskomponente (D) durch Multiplizieren einer Differenz zwischen dem Befehl (C) für den dritten Regel kreis und einer zweimal differenzierten Komponente der Positionsrückmeldung (Beschleunigungs-Rückkopplungskom ponente D) mit einem Verstärkungsfaktor (kp2) für den dritten Positionsregelkreis (S403) und durch Integrieren des Produkts aus der Multiplikation.
10. Positionsregler zur Servoregelung eines beweglichen Ob
jekts im Ansprechen auf eingehende Befehle,
dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes aufweist:
eine Einrichtung zur Erfassung einer Position des beweg lichen Objekts und zum Erzeugen eines Positionssignals;
einen ersten Summierknoten (A) zur arithmetischen Verar beitung mindestens eines ersten Signals und eines zwei ten Signals, wobei das erste Signal die eingehenden Be fehle umfaßt und das zweite Signal das Positionssignal umfaßt, und zum Erzeugen eines ersten Differenzsignals;
eine Einrichtung zum Rückkoppeln des Positionssignals zum ersten Summierknoten (A) und zum Definieren eines ersten Regelkreises;
eine Einrichtung (2) zur Verstärkung für den Positions regelkreis zum Verarbeiten des Differenzsignals und zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlssignals, wobei die Einrichtung (2) zur Verstärkung für den Positionsregel kreis einen Verstärkungsfaktor (kp) aufweist;
einen zweiten Summierknoten (B) zur arithmetischen Ver arbeitung mindestens eines ersten Signals und eines zweiten Signals, wobei das erste Signal das Geschwindig keitsbefehlssignal umfaßt, und zum Abgeben eines zweiten Differenzsignals;
eine Einrichtung mit internem Regelkreis höherer Ord nung, die so verbunden ist, daß sie das zweite Diffe renzsignal übernimmt, und die eine Einrichtung zur Ver stärkung für den Regelkreis aufweist;
wobei die Systemübertragungsfunktion die Regelkreischa rakteristik eines Positionsregelkreises höherer Ordnung aufweist.
dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes aufweist:
eine Einrichtung zur Erfassung einer Position des beweg lichen Objekts und zum Erzeugen eines Positionssignals;
einen ersten Summierknoten (A) zur arithmetischen Verar beitung mindestens eines ersten Signals und eines zwei ten Signals, wobei das erste Signal die eingehenden Be fehle umfaßt und das zweite Signal das Positionssignal umfaßt, und zum Erzeugen eines ersten Differenzsignals;
eine Einrichtung zum Rückkoppeln des Positionssignals zum ersten Summierknoten (A) und zum Definieren eines ersten Regelkreises;
eine Einrichtung (2) zur Verstärkung für den Positions regelkreis zum Verarbeiten des Differenzsignals und zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlssignals, wobei die Einrichtung (2) zur Verstärkung für den Positionsregel kreis einen Verstärkungsfaktor (kp) aufweist;
einen zweiten Summierknoten (B) zur arithmetischen Ver arbeitung mindestens eines ersten Signals und eines zweiten Signals, wobei das erste Signal das Geschwindig keitsbefehlssignal umfaßt, und zum Abgeben eines zweiten Differenzsignals;
eine Einrichtung mit internem Regelkreis höherer Ord nung, die so verbunden ist, daß sie das zweite Diffe renzsignal übernimmt, und die eine Einrichtung zur Ver stärkung für den Regelkreis aufweist;
wobei die Systemübertragungsfunktion die Regelkreischa rakteristik eines Positionsregelkreises höherer Ordnung aufweist.
11. Positionsregler nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsfunktion für ein System zweiter Ord nung vorgesehen ist, und daß die Einrichtung mit Ver stärkungsregelkreis einen Regelkreis höherer Ordnung mit einem Verstärkungsfaktor kp1 aufweist.
daß die Übertragungsfunktion für ein System zweiter Ord nung vorgesehen ist, und daß die Einrichtung mit Ver stärkungsregelkreis einen Regelkreis höherer Ordnung mit einem Verstärkungsfaktor kp1 aufweist.
12. Positionsregler nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Systemübertragungsfunktion G(S) definiert wird als: wobei S ein Laplace-Operator ist, und der Wert von kp so eingestellt ist, daß er im wesentlichen gleich 4kp ge setzt ist.
daß die Systemübertragungsfunktion G(S) definiert wird als: wobei S ein Laplace-Operator ist, und der Wert von kp so eingestellt ist, daß er im wesentlichen gleich 4kp ge setzt ist.
13. Positionsregler nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsfunktion für ein System dritter Ord
nung vorgesehen ist, und daß die Einrichtung mit Ver
stärkungsregelkreis einen ersten Verstärkungsregelkreis
höherer Ordnung mit einem Verstärkungsfaktor kp1 und ei
nen zweiten Verstärkungsregelkreis höherer Ordnung mit
einem Verstärkungsfaktor kp2 aufweist.
14. Positionsregler nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Systemübertragungsfunktion G(S) definiert ist
als:
wobei S ein Operator für eine Laplace-Transformation
ist, und wobei der Wert von kp1 so gesetzt ist, daß er
im wesentlichen gleich 8/3 kp ist, während der Wert von
kp2 so eingestellt ist, daß er im wesentlichen gleich
6kp ist.
15. Verfahren zur Positionsregelung zur Servoregelung eines
beweglichen Objekts im Ansprechen auf eingehende Posi
tionierbefehle,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelung über ein Servosystem mit einer System
übertragungsfunktion erfolgt, und daß die folgenden
Schritte vorgesehen sind:
Berechnen einer Differenz zwischen einer Positionsrück meldung (D) und einem Positionierbefehl (A) (S201);
Erzeugen einer Geschwindigkeitskomponente durch Multi plizieren der Differenz mit einem Verstärkungsfaktor (kp) für einen Positionsregelkreis (S202);
Berechnen einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeits befehl (B) und einer Geschwindigkeitsrückmeldung (C) (S203);
Erzeugen einer Beschleunigungskomponente (1/S) durch Multiplizieren eines Verstärkungsfaktors (kp1) eines in ternen Regelkreises höherer Ordnung mit der Differenz (S204);
Erzeugen einer Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) durch Integrieren der Beschleunigungskomponente (1/S) (S205), und
Erzeugen einer Positions-Rückkopplungskomponente durch Integrieren der Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) (S206).
Berechnen einer Differenz zwischen einer Positionsrück meldung (D) und einem Positionierbefehl (A) (S201);
Erzeugen einer Geschwindigkeitskomponente durch Multi plizieren der Differenz mit einem Verstärkungsfaktor (kp) für einen Positionsregelkreis (S202);
Berechnen einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeits befehl (B) und einer Geschwindigkeitsrückmeldung (C) (S203);
Erzeugen einer Beschleunigungskomponente (1/S) durch Multiplizieren eines Verstärkungsfaktors (kp1) eines in ternen Regelkreises höherer Ordnung mit der Differenz (S204);
Erzeugen einer Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) durch Integrieren der Beschleunigungskomponente (1/S) (S205), und
Erzeugen einer Positions-Rückkopplungskomponente durch Integrieren der Geschwindigkeits-Rückkopplungskomponente (C) (S206).
16. Verfahren zur Positionsregelung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsfunktion für ein System höherer Ord
nung vorgesehen ist, und daß der Verstärkungsfaktor für
den internen Regelkreis höherer Ordnung kp1 beträgt.
17. Verfahren zur Positionsregelung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Systemübertragungsfunktion G(S) definiert wird
als:
wobei S = ein Laplace-Operator
kp = Verstärkungsfaktor des Regelkreises erster Ordnung und, daß der Verstärkungsfaktor (kp1) des Regelkreises zweiter Ordnung gleich 4kp gesetzt wird.
kp = Verstärkungsfaktor des Regelkreises erster Ordnung und, daß der Verstärkungsfaktor (kp1) des Regelkreises zweiter Ordnung gleich 4kp gesetzt wird.
18. Verfahren zur Positionsregelung,
dadurch gekennzeichnet,
daß es folgende Schritte aufweist:
einen ersten Schritt zur Berechnung einer Differenz zwi schen einer Positionsrückmeldung (F) und einem Positio nierbefehl (A) (S401);
einen zweiten Schritt zur Abgabe eines Befehls für einen zweiten Regelkreis (Geschwindigkeitsbefehlskomponente B) durch Multiplizieren der Differenz mit einem Verstär kungsfaktor (kp) für einen Positionsregelkreis (S402);
einen dritten Schritt zur Abgabe eines Befehls für einen dritten Regelkreis durch Multiplizieren der Differenz zwischen der Geschwindigkeitsbefehlskomponente (B) und einer Differenz zwischen der Geschwindigkeitsbefehlskom ponente (B) und einer differenzierten Komponente der Po sitionsrückmeldung (Geschwindigkeitsrückkopplungskompo nente E) mit einem Verstärkungsfaktor (kp1) für den zweiten Positionsregelkreis (S403); und
einen vierten Schritt zur Abgabe einer Beschleunigungs- Rückkopplungskomponente (D) durch Multiplizieren einer Differenz zwischen dem Befehl (C) für den dritten Regel kreis und einer zweimal differenzierten Komponente der Positionsrückmeldung (Beschleunigungs-Rückkopplungskom ponente D) mit einem Verstärkungsfaktor (kp2) für den dritten Positionsregelkreis (S403) und durch Integrieren des Produkts aus der Multiplikation.
daß es folgende Schritte aufweist:
einen ersten Schritt zur Berechnung einer Differenz zwi schen einer Positionsrückmeldung (F) und einem Positio nierbefehl (A) (S401);
einen zweiten Schritt zur Abgabe eines Befehls für einen zweiten Regelkreis (Geschwindigkeitsbefehlskomponente B) durch Multiplizieren der Differenz mit einem Verstär kungsfaktor (kp) für einen Positionsregelkreis (S402);
einen dritten Schritt zur Abgabe eines Befehls für einen dritten Regelkreis durch Multiplizieren der Differenz zwischen der Geschwindigkeitsbefehlskomponente (B) und einer Differenz zwischen der Geschwindigkeitsbefehlskom ponente (B) und einer differenzierten Komponente der Po sitionsrückmeldung (Geschwindigkeitsrückkopplungskompo nente E) mit einem Verstärkungsfaktor (kp1) für den zweiten Positionsregelkreis (S403); und
einen vierten Schritt zur Abgabe einer Beschleunigungs- Rückkopplungskomponente (D) durch Multiplizieren einer Differenz zwischen dem Befehl (C) für den dritten Regel kreis und einer zweimal differenzierten Komponente der Positionsrückmeldung (Beschleunigungs-Rückkopplungskom ponente D) mit einem Verstärkungsfaktor (kp2) für den dritten Positionsregelkreis (S403) und durch Integrieren des Produkts aus der Multiplikation.
19. Verfahren zur Positionsregelung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsfunktion für ein System dritter Ord
nung vorgesehen ist, und daß die Einrichtung für den
Verstärkungsregelkreis einen ersten Verstärkungsregel
kreis höherer Ordnung mit einem Verstärkungsfaktor kp1
und einen zweiten Verstärkungsregelkreis höherer Ordnung
mit einem Verstärkungsfaktor kp2 aufweist.
20. Verfahren zur Positionsregelung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Systemübertragungsfunktion G(S) definiert wird
als:
wobei S ein Operator für eine Laplace-Transformation
ist, und wobei der Wert von kp1 so gesetzt ist, daß er
im wesentlichen gleich 8/3 kp ist, während der Wert von
kp2 so eingestellt ist, daß er im wesentlichen gleich
6kp ist.
21. Positionsregelsystem nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Verstärkungsregelkreis höherer Ordnung
einen Geschwindigkeits-Regelkreis aufweist.
22. Positionsregelsystem nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Positionsregelsystem einen Geschwindigkeits-Re
gelkreis aufweist, und daß der zweite Verstärkungsregel
kreis höherer Ordnung vor dem Geschwindigkeits-Regel
kreis ausgebildet ist.
23. Positionsregelsystem nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Verstärkungsregelkreis höherer Ordnung
auf die Positionserfassungseinrichtung anspricht.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=12832128
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CN (1) | CN1070621C (de) |
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