DE4425355C2 - Regelung für den Antrieb eines Haspels - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Regelung für den Antrieb eines
Haspels, bei dem periodisch Störungen, insbesondere Zug
schwankungen, auftreten, die durch Unrundheiten des Haspels im
Bereich der Einspannstelle für das auf- oder abzuwickelnde Ma
terial hervorgerufen werden, mit einer Einrichtung zur Stö
rungserkennung, die während jeder Umdrehung des Haspels eine
maximale Schwankung im Verlaufeiner störungsbehafteten Meß
größe, insbesondere der Zugspannung im Material, detektiert,
und mit einer Einrichtung zur Störungskompensation, die für
die nächste Umdrehung in Abhängigkeit von dem Auftreten der
detektierten Meßgrößenschwankung ein Aufschaltsignal für die
Regelung erzeugt.
Bei einer derartigen, aus der DE-A-40 10 352 bekannten Rege
lung werden periodisch auftretende Haspelzugschwankungen zu
sammen mit dem jeweils momentanen Drehwinkel des Haspels er
faßt. Ausgehend von den erfaßten Haspelzugschwankungen wird
deren periodische Wiederholung vorausberechnet und zur Vor
steuerung der Regelung des Haspels im Sinne einer Kompensation
der Haspelzugschwankungen herangezogen. Wie die Vorsteuerung
im einzelnen erfolgt, ist der Druckschrift jedoch nicht zu
entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichmäßig
wirkende Kompensation von Haspelzugschwankungen zu erreichen.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei
der Regelung der eingangs angegebenen Art ein bei jeder Umdrehung
für die Größe der Meßgrößenschwankung
ermittelter Wert zu einem Anfangswert hinzuaddiert
wird, daß mit dem so erhaltenen Summenwert die Größe des Auf
schaltsignals eingestellt wird und daß der Summenwert als An
fangswert für die Summenwertbildung bei der nächsten Umdrehung
herangezogen wird. Dadurch wird automatisch eine adaptive An
passung der Größe des Aufschaltsignals an die Größe der auf
tretenden Störung erreicht, so daß eine optimale Störungskom
pensation erfolgt. Indem die Meßgrößenschwankungen vorzeichen
richtig erfaßt und zu dem jeweiligen Anfangswert hinzuaddiert
werden, können auch kurzzeitige Überkompensationen der Störun
gen schnell wieder zurückgeregelt werden.
Zur Ermittlung des Auftretens und der Dauer der Störung wird
vorzugsweise beim Starten des Haspelantriebs während einer
vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen des Haspels der Verlauf
der Meßgröße mit einem Bezugswert, insbesondere dem Mittelwert
der Meßgröße, verglichen, wobei das Auftreten des Maximums der
Abweichung der Meßgröße von dem Bezugswert und der Bereich vor
und nach dem Auftreten des Maximums detektiert werden, während
dessen die Meßgröße in gleicher Richtung wie das detektierte
Maximum von dem Bezugswert abweicht. Auf diese Weise werden
bezogen auf den Drehwinkel des Haspels der Ort und die Dauer
der periodisch mit der Drehzahl des Haspels auftretenden Stö
rungen ermittelt.
Da die Auswertung der Meßgrößenschwankungen während einer Um
drehung des Haspels möglichst nur periodische Störungen, also
den Haspelschlag erfassen soll, ist es erforderlich, dabei
solche Störungen unberücksichtigt zu lassen, die vereinzelt
oder nur während einer Umdrehung auftreten, d. h. zufällige
Störungen. Um dies zu erreichen, ist vorgesehen, daß bei der
Bestimmung des Verlaufs der Meßgröße laufend einzelne Meßwerte
der Meßgröße zusammen mit dem jeweiligen momentanen Drehwinkel
des Haspels erfaßt werden und daß die bei jeder Umdrehung
erhaltenen Meßwerte zusammen mit den bei vorangegangenen Um
drehungen und jeweils gleichen Drehwinkeln erhaltenen Meßwer
ten gemittelt werden.
Nach der Ermittlung des Ortes und der Dauer der periodischen
Störungen wird in Abhängigkeit davon periodisch das Aufschal
tungssignal für die Regelung des Haspels erzeugt, wobei die
Größe des Aufschaltsignals in Abhängigkeit von den Meßgrößen
schwankungen eingestellt wird. Dabei wird der jeweilige Wert
für die Größe der Meßgrößenschwankung in vorteilhafter Weise
dadurch ermittelt, daß während jeder Umdrehung des Haspels der
Verlauf der Meßgröße mit dem Bezugswert verglichen wird und
die Abweichung zwischen dem Verlauf der Meßgröße und dem Be
zugswert während der detektierten Dauer der Störung aufinte
griert wird. Der so erhaltene Integrationswert entspricht der
Energie der Störung während der ermittelten Störungsdauer.
Das Aufschaltsignal ist vorzugsweise ein Rechteckimpuls mit
einer der detektierten Dauer der Störung entsprechenden Im
pulsbreite und einer dem Summenwert entsprechenden Amplitude.
Durch diese Anpassung des Aufschaltimpulses an die erfaßte
Störung wird sowohl bezüglich der Amplitude als auch der Dauer
eine optimal wirksame Störungskompensation erzielt.
Da im Falle des Haspelschlags die periodisch auftretenden Stö
rungen auch in ihrer Größe drehzahlabhängig sind, wird vor
zugsweise der zur Einstellung der Größe des Aufschaltsignals
herangezogene Summenwert in Abhängigkeit von der Drehzahl des
Haspels gewichtet. Hierdurch wird die Schnelligkeit bei der
adaptiven Anpassung der Größe der Aufschaltsignals an die
Größe der Störungen erhöht.
Zur Berücksichtigung von Totzeiten und Verzögerungen des Re
gelsystems, die bei höherfrequenten Störungen eine rechtzei
tige, d. h. zum Zeitpunkt des Auftretens der Störung wirksame,
Kompensation verhindern, wird das Aufschaltsignal für die Re
gelung gegenüber dem Auftreten der Störungen um einen vorgege
benen, insbesondere drehzahlabhängigen, Betrag zeitverschoben
erzeugt. Die Zeitverschiebung kann dabei während der Inbe
triebnahme einjustiert werden oder bei genauer Kenntnis der
Regelstrecke analytisch vorbestimmt werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Nachführung des Zeitpunktes zur
Erzeugung des Aufschaltsignals während des Betriebes, wobei
der Betrag der Zeitverschiebung in Abhängigkeit von einer sta
tistischen Auswertung des Verlaufs der Meßgröße, insbesondere
einer Minimierung der Standardabweichung, optimiert wird.
Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die
Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für die
erfindungsgemäße Regelung und
Fig. 2 ein Diagramm mit dem Verlauf der störungsbehafteten
Meßgröße und den Aufschaltsignalen zur Kompensation
der Störungen.
Fig. 1 zeigt einen Haspel 1 zum Auf- oder Abwickeln eines Me
tallbandes 2. Zum Antrieb des Haspels 1 dient ein Motor 3 mit
einer zugehörigen Regelung 4. Der Haspel 1 weist im Bereich
der Einspannstelle für das Metallband 2 eine Unrundheit 5 auf,
die beim Auf- und Abwickeln des Bandes 2 zu Zugschwankungen im
Metallband 2 führt.
In Fig. 2 ist ein Beispiel für den Verlauf der Zugspannung Fz
zusammen mit ihrem Mittelwert MFz in Abhängigkeit von der Zeit
t bzw. dem Umdrehungswinkel α des Haspels 1 dargestellt.
Zur Kompensation der Zugschwankungen ist es zunächst erfor
derlich, diese zu identifizieren. Dazu werden nach dem Starten
des Motors 3 während einer vorgegebenen Anzahl von beispiels
weise 5 bis 10 Haspelumdrehungen mittels einer Meßrolle 6 Ist
werte der Zugspannung Fz erfaßt und in einer nachgeordneten
Einheit 7 aufbereitet. Die mit 20 und 21 bezeichneten Schalter
befinden sich jeweils in den Schaltstellungen "0". Da in den
aufgenommenen Zugistwerten Meßfehler auftreten können, werden
die Zugistwerte Fz in der Einheit 7 numerisch geglättet und so
interpoliert, daß sie bezogen auf die momentane Winkelstellung
α des Haspels 1 äquidistant vorliegen. Hierzu wird der Einheit
7 der von einem Winkelgeber 11 laufend erfaßte aktuelle Umdre
hungswinkel α des Haspels 1 zugeführt. Ferner werden die wäh
rend einer vorgegebenen Anzahl von etwa 5 bis 10 Umdrehungen
bei jeweils gleichem Drehwinkel α erfaßten Zugistwerte Fz ge
mittelt. Hierdurch gelingt es, solche Zugschwankungen zu eli
minieren, die von einem anderen Haspel am anderen Ende des
Bandes 2 verursacht werden und antizyklisch zu den zu identi
fizierenden Zugschwankungen auftreten.
Die aufbereiteten Zugistwerte Fz werden in einem Mittelwert
bildner 8 über die Dauer einer Haspelumdrehung zu dem Mittel
wert MFz gemittelt, der in einer nachfolgenden Subtrahierstufe
9 von den Zugistwerten Fz subtrahiert wird. Die so erhaltene
Abweichung ΔFz zwischen dem Verlauf der Zugspannung Fz und
ihrem Mittelwert MFz wird in einer Auswerteeinheit 10 zur
Identifizierung der durch die Unrundheit 5 des Haspels 1 her
vorgerufenen Zugspannungsschwankungen zugeführt. In der Aus
werteeinheit 10 werden zunächst für jede Umdrehung, d. h. für
den Winkelbereich 0° α 360°, die maximale Abweichung ΔFz max
und der Ort x ihres Auftretens detektiert. Durch Integra
tion wird die in Fig. 2 schraffiert dargestellte Fläche zwi
schen dem Mittelwert MFz und dem Verlauf der Zugspannung Fz
zwischen ihren beiderseits der Stelle x der maximalen Abwei
chung liegenden Schnittpunkten mit dem Mittelwert MFz ermit
telt und durch Division durch die maximale Abweichung ΔFz max
in ein flächengleiches Rechteck R umgewandelt, durch dessen
Impulsbreite die Dauer b der Störung definiert wird. Der An
fang so der Störung und damit der theoretische Zeitpunkt zum
Aufschalten eines die Störung kompensierenden Aufschaltsignals
berechnet sich zu so=x-b/2. Tritt der Ort x der maximalen Ab
weichung ΔFz max am Rande des Meßintervalls 0° α 360° auf,
so können sich sowohl bei der Identifikation als auch bei der
Kompensation der Störungen Schwierigkeiten durch die Unstetig
keit des laufenden Winkels α ergeben. Deshalb wird vorzugs
weise eine Winkeltransformation durchgeführt, die den Ort x
der maximalen Abweichung ΔFz max in die Mitte des Meßinter
valls, also auf 180°, legt.
Im Anschluß an die Identifizierung der periodisch auftretenden
Störungen erfolgt deren Kompensation während der nun folgenden
Haspelumdrehungen mit Hilfe von rechteckförmigen Aufschaltsi
gnalen A, die zu den Zeitpunkten bzw. winkelstellungen des
Haspels 1, an denen die Störungen auftreten, der Regelung 4
aufgegeben werden und deren Impulsdauern der für die Störungen
ermittelten Dauer b entsprechen. Um Totzeiten und Verzögerun
gen Tv des Regelsystems zu berücksichtigen, wird der Beginn sA
der Aufschaltung des Aufschaltsignals A in Abhängigkeit von
der mittels eines Drehzahlgebers 12 erfaßten Drehzahl n des
Haspels 1 mit sA=so-f(n), vorzugsweise sA=so-n*Tv, berechnet.
Die Gesamtverzögerung Tv kann während der Inbetriebnahme ein
justiert werden oder bei genauer Kenntnis der Regelstrecke
auch analytisch bestimmt werden. Um eine optimale Störungskom
pensation zu erzielen, wird in einer Einheit 13 die Standard
abweichung der Größe ΔFz über jeweils eine Umdrehung ermittelt
und in einer nachfolgenden Einheit 14 durch Minimierung der
Standardabweichung als Funktion des Aufschaltzeitpunkts sA der
optimale Aufschaltzeitpunkt sA ermittelt.
Zur Bestimmung der Amplitude des Aufschaltsignals A wird bei
Stellung der Schalter 20 und 21 in den Schaltstellungen "1"
die Abweichung ΔFz zwischen dem Verlauf der Zugspannung Fz und
ihrem Mittelwert MFz über einen ersten steuerbaren Schalter 15
einem Integrator 16 zugeführt. Der steuerbare Schalter 15 wird
durch die Auswerteeinheit 10 in der Weise gesteuert, daß er in
dem Zeitintervall so α so+b geschlossen ist. Der so erhal
tene Integrationswert wird über einen zweiten steuerbaren
Schalter 17 einem Multiplizierglied 18 zugeführt, an dessen
Ausgang das Aufschaltsignal A für die Regelung 4 zur Verfügung
steht. Der zweite steuerbare Schalter 17 wird ebenfalls durch
die Auswerteeinheit 10 gesteuert und ist während des Zeitin
tervalls sA α sA+b geschlossen. Der steuerbare Schalter 17
erzeugt somit ein Rechtecksignal mit der Dauer b und mit einer
Amplitude, die der Summe aus dem Anfangswert des Integrators
16 und dem Integral der Abweichung ΔFz zwischen dem Verlauf
der Zugspannung Fz und ihrem Mittelwert MFz während der ermit
telten Dauer so α so+b der Störung entspricht. Wird, wie
Fig. 2 zeigt, während einer Umdrehung des Haspels 1 aufgrund
der gemessenen Zugspannungsschwankung für die nächste Umdre
hung ein Aufschaltimpuls mit der Amplitude A1 ermittelt, so
führt dieser Aufschaltimpuls A1 zu einer Verringerung der Stö
rung während dieser nächsten Umdrehung. Der Integrator 16 in
tegriert den nunmehr geringeren Fehler zwischen dem Verlauf
der Zugspannung Fz und deren Mittelwert MFz in dem Intervall
so α so+b zu dem Anfangswert A1 hinzu, so daß für die
nachfolgende Umdrehung ein Aufschaltimpuls mit der Amplitude
A2 erhalten wird. Da die Integration des Fehlers ΔFz vorzei
chenrichtig erfolgt, kann auch eine Überkompensation der Stö
rung aufgrund des dadurch entstehenden negativen Fehlers ΔFz
wieder zurückgeregelt werden.
Mit Hilfe des Multiplizierers 18 wird die Amplitude des Auf
schaltsignals A in Abhängigkeit von der Drehzahl n gewichtet,
die dem Multiplizierer 18 über ein Anpaßglied 19 zugeführt
wird. Dadurch wird die Drehzahlabhängigkeit der Amplitude der
Störungen berücksichtigt, was zu einer Entlastung des Inte
grationsvorganges und zu einer Erhöhung der Stabilität der Re
gelung führt.
Claims (8)
1. Regelung für den Antrieb eines Haspels (1), bei dem pe
riodisch Störungen, insbesondere Zugschwankungen, auftreten,
die durch Unrundheiten (5) des Haspels (1) im Bereich der
Einspannstelle für das auf- oder abzuwickelnde Material (2)
hervorgerufen werden, mit einer Einrichtung (10) zur
Störungserkennung, die während jeder Umdrehung des Haspels
(1) eine maximale Schwankung im Verlauf einer störungsbehaf
teten Meßgröße, insbesondere der Zugspannung (Fz) im Mate
rial (2), detektiert, und mit einer Einrichtung (15, 16, 17,
18) zur Störungskompensation, die für die nächste Umdrehung
in Abhängigkeit von dem Auftreten der detektierten Meßgrö
ßenschwankung ein Aufschaltsignal (A) für die Regelung (4)
erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein bei jeder Umdrehung für die Größe der Meßgrö ßenschwankung ermittelter Wert zu ei nem Anfangswert hinzuaddiert wird,
daß mit dem so erhaltenen Summenwert die Größe des Aufschaltsignals (A) eingestellt wird und
daß der Summenwert als Anfangswert für die Summen wertbildung bei der nächsten Umdrehung herangezogen wird.
daß ein bei jeder Umdrehung für die Größe der Meßgrö ßenschwankung ermittelter Wert zu ei nem Anfangswert hinzuaddiert wird,
daß mit dem so erhaltenen Summenwert die Größe des Aufschaltsignals (A) eingestellt wird und
daß der Summenwert als Anfangswert für die Summen wertbildung bei der nächsten Umdrehung herangezogen wird.
2. Regelung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermittlung des Auftretens und der Dauer (b) der Störung während einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen des Haspels (1) der Verlauf der Meßgröße (Fz) mit einem Bezugswert, insbesondere dem Mittelwert (MFz) der Meßgröße (Fz), verglichen wird, und
daß das Auftreten des Maximums der Abweichung (ΔFz max) der Meßgröße (Fz) von dem Bezugs wert (MFz) und der Bereich vor und nach dem Auftreten des Maximums (ΔFz max) detektiert werden, während dessen die Meßgröße (Fz) in gleicher Richtung wie das detektierte Maximum (ΔFz max) von dem Bezugswert (MFz) abweicht.
daß zur Ermittlung des Auftretens und der Dauer (b) der Störung während einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen des Haspels (1) der Verlauf der Meßgröße (Fz) mit einem Bezugswert, insbesondere dem Mittelwert (MFz) der Meßgröße (Fz), verglichen wird, und
daß das Auftreten des Maximums der Abweichung (ΔFz max) der Meßgröße (Fz) von dem Bezugs wert (MFz) und der Bereich vor und nach dem Auftreten des Maximums (ΔFz max) detektiert werden, während dessen die Meßgröße (Fz) in gleicher Richtung wie das detektierte Maximum (ΔFz max) von dem Bezugswert (MFz) abweicht.
3. Regelung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Bestimmung des Verlaufs der Meßgröße (Fz) laufend einzelne Meßwerte der Meßgröße (Fz) zusammen mit dem je weiligen momentanen Drehwinkel (α) des Haspels (1) erfaßt werden und
daß die bei jeder Umdrehung erhaltenen Meßwerte zusammen mit den bei vorangegangenen Umdrehungen und jeweils gleichen Drehwinkeln (α) erhaltenen Meßwerten gemittelt werden.
daß bei der Bestimmung des Verlaufs der Meßgröße (Fz) laufend einzelne Meßwerte der Meßgröße (Fz) zusammen mit dem je weiligen momentanen Drehwinkel (α) des Haspels (1) erfaßt werden und
daß die bei jeder Umdrehung erhaltenen Meßwerte zusammen mit den bei vorangegangenen Umdrehungen und jeweils gleichen Drehwinkeln (α) erhaltenen Meßwerten gemittelt werden.
4. Regelung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermittlung des Wertes für die Größe der Meßgrößen
schwankung während jeder Umdrehung des Haspels (1) der Ver
lauf der Meßgröße (Fz) mit dem Bezugswert (MFz) verglichen
wird und daß die Abweichung (ΔFz) zwischen dem Verlauf der
Meßgröße (Fz) und dem Bezugswert (MFz) während der ermittel
ten Dauer (b) der Störung aufintegriert wird.
5. Regelung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufschaltsignal (A) ein Rechtecksignal mit einer der
detektierten Dauer (b) der Störung entsprechenden Impuls
breite und einer dem Summenwert entsprechenden Amplitude
(A1, A2) ist.
6. Regelung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zur Einstellung der Größe des Aufschaltsignals (A)
herangezogene Summenwert in Abhängigkeit von der Drehzahl
(n) des Haspels (1) gewichtet wird.
7. Regelung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufschaltsignal (A) für die Regelung (4) gegenüber
dem Auftreten (so) der Störungen um einen vorgegebenen, ins
besondere drehzahlabhängigen, Betrag zeitverschoben erzeugt
wird.
8. Regelung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Betrag der Zeitverschiebung in Abhängigkeit von ei
ner statistischen Auswertung des Verlaufs der Meßgröße (Fz),
insbesondere einer Minimierung der Standardabweichung, opti
miert wird.
Priority Applications (1)
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DE4425355A DE4425355C2 (de) | 1993-07-16 | 1994-07-18 | Regelung für den Antrieb eines Haspels |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4323973 | 1993-07-16 | ||
DE4425355A DE4425355C2 (de) | 1993-07-16 | 1994-07-18 | Regelung für den Antrieb eines Haspels |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4425355A1 DE4425355A1 (de) | 1995-01-26 |
DE4425355C2 true DE4425355C2 (de) | 1995-10-19 |
Family
ID=6493039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4425355A Expired - Fee Related DE4425355C2 (de) | 1993-07-16 | 1994-07-18 | Regelung für den Antrieb eines Haspels |
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-
1994
- 1994-07-18 DE DE4425355A patent/DE4425355C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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DE4425355A1 (de) | 1995-01-26 |
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