WO2006042842A1 - Method and device for starting up and regulating a drive - Google Patents

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WO2006042842A1
WO2006042842A1 PCT/EP2005/055323 EP2005055323W WO2006042842A1 WO 2006042842 A1 WO2006042842 A1 WO 2006042842A1 EP 2005055323 W EP2005055323 W EP 2005055323W WO 2006042842 A1 WO2006042842 A1 WO 2006042842A1
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WO
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model
route
drive
control
track
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/055323
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Kubik
Alexander Kühnlein
Stefan KÜNZEL
Theo Reichel
Elmar SCHÄFERS
Christoph Wurmthaler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Friedrich-Alexander- Universität Erlangen-Nürnberg
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft, Friedrich-Alexander- Universität Erlangen-Nürnberg filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for starting up a controlled drive by creating a track model that reflects the frequency behavior of a track into which the drive is integrated, and implementing a control algorithm based on the track model.
  • the present invention relates to a method and a device for regulating a drive by taking into account a track model which reproduces the frequency response of a track into which the drive is integrated, in at least one control component.
  • an APC control structure can be used.
  • APC control structures reference is made to Patent DE 102 46 093 C1.
  • This method is also based on frequency characteristics, so that critical line poles can be adequately influenced only under certain conditions. Targeted specification of poles of the controlled system (natural frequency and damping) is not possible.
  • the object of the present invention is thus to improve the damping of natural frequencies in drive controls or to influence the dynamic behavior by specific polarity.
  • this object is achieved by a method for starting up a controlled drive by creating a system model that reproduces the frequency behavior of a route in which the drive is integrated, and implementing a control algorithm based on the line model, wherein the Track model is parametric and at least one of the parameters of the track model is changed.
  • the invention provides a method for controlling a drive by taking into account a track model that reproduces the frequency response of a track into which the drive is integrated, in at least one control component, wherein the track model is parametric and at least one of the parameters of Track model is verän ⁇ derbable.
  • the invention also provides a device for starting up a regulated drive with a diagnostic device for obtaining track data on the frequency response of a route into which the drive can be integrated, and a computing device with which the route data is automatically or partially automated - a parametric system model can be calculated.
  • the invention proposes a Vorrich ⁇ processing for controlling a drive with at least one Rege ⁇ lung component, in which a line model, the behavior of the frequency of a track, in which the drive is integrated reproduces, is berückschreibbar, wherein the system model is parametric and in the at least one control compo- at least one of the parameters of the route model can be changed.
  • an implementable control algorithm is created from the system model, which is subsequently implemented in its
  • Complexity in particular its order, is reduced.
  • the eigenfrequencies of the system or of the route can therefore be exactly taken into account for the controller design.
  • the control algorithm can then be reduced to a complexity or order that does justice to the computing performance of the system.
  • control algorithm may initially have m-th order and be reduced to an order smaller than m by means of the n-th order path model, where n> m.
  • a model-based control method initially generates a control algorithm of specific complexity from an n-th order of a path model.
  • the complexity can be expressed, for example, in the order m of the control algorithm. If, as indicated above, a realization of the controller with high complexity is not possible due to the computing power, the complexity of the control algorithm must be reduced. This is possible because in the determination of the complexity-reduced controller, the original n-th order plug-in model is used.
  • a damping measure for one or more specific natural oscillations of the route can be changed. This makes it possible for the operator when commissioning the system to shift the poles of the controlled system continuously into the range of higher damping by varying a few parameters.
  • control structure may be a slightly modified APC control structure.
  • FIG 2 modeled frequency characteristics of the controlled system
  • FIG 3 shows a control circuit according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 4 shows a control circuit according to the invention according to a second embodiment.
  • the behavior of a path to be controlled can be determined by its frequency characteristic curves.
  • the frequency characteristics with respect to amplitude and phase are shown for a system which has four maxima in the measured frequency range.
  • a 10-order differential equation is necessary because in addition to the four conjugate complex poles a double pole must be considered in zero.
  • Correspondingly modeled frequency characteristics are shown in FIG. They correspond with high accuracy, in particular in the higher frequency range, to the measured characteristic curves.
  • the parametric system model determined on the basis of the measured characteristic curves is now taken into account in the control circuit for the drive or for the route. That The distance model flows into individual components of the control loop, as shown symbolically in FIG.
  • This path signal is first converted as a feedback signal into a numerical calculation element 6 into a speed signal and then negatively fed back via another feedback element 7 with the transfer function Gi (z) to the input to the desired speed signal v soll .
  • the displacement signal x_load is negatively coupled back to a desired displacement signal x so ii.
  • the resulting difference signal is converted in a conversion element 8 to the desired speed v so n.
  • the route model obtained according to FIG. 2 flows among other things into the components 2, 7 and 8 of the control loop.
  • the parametric distance model can be calculated automatically or semi-automatically.
  • a high-order route model i. a differential equation of high order
  • This is unproblematic insofar as the controller design can be worked off-line.
  • the order of the line model must be purposefully reduced for the implementation. This is necessary in order to meet the computing capacity of the controller.
  • a high-order routing model for the design which is valid even at high frequencies, it is ensured that, in spite of the low implemented order, the poles can be shifted to the desired location for damping.
  • the controller is put into operation by the operator shifting the poles of the controlled system continuously into the range of higher damping by varying a few parameters.
  • the commissioning of the control system can be carried out by varying a few parameters, since the system model is taken into account in the control system.
  • the operator does not have to specify the attenuation for each pole. Rather, the pole setting was automatically determined already in the design. Thus, the operator is largely decoupled from commissioning.
  • the inner control loop ie the speed control loop
  • This control loop contains the known APC control structure, whereby a load transmitter, ie a direct measuring system, is used.
  • the control components 1, 2 and 3 of FIG 3 are replaced by a Strom ⁇ Sollwertfilter with PI controller.
  • Soll ⁇ v speed to including recycled sizes a PI controller 10 and then one or more Band ⁇ locks 11, 12 supplied. This in turn results in the desired current i_soll.
  • the number of band-stop filters 11, 12 depends on the order of the track model.
  • the subsequent current control circuit 4 and the section 5 correspond to those of the first embodiment shown in FIG 3.
  • direct feedback branch in turn is the same conver ⁇ voltage element 6 are provided for converting the displacement signal into a x_Last speed.
  • the adjoining feedback element 17 corresponds in principle to the feedback element 7 of FIG. 3, but the special APC control structure is taken into account in the transfer function Gi '(z) of the feedback element 17. If, for example, three bandstop filters are to be implemented, then the transfer function must be sixth order.
  • Position and speed control loop can be influenced. Thus, it is possible to continue to use existing system architectures. the.
  • the position control can also be calculated here in the higher-level control.
  • the present invention may be used to include drive commissioning software for identification (frequency response measurement), modeling, and controller design. In the process, the result of the modeling obtained from the identification is integrated into the control structure in the controller design. However, because the implementable governor order should generally be less than that of the model, the model must be simplified and high frequency components omitted. Thus, a low-order controller is determined. This low order control algorithm is further optimized using the full high order model. Only the optimized crizalgor ⁇ rithm is implemented.

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Abstract

The aim of the invention is to simplify the start-up process of a controller structure. Said aim is achieved by providing a parametric system model to be implemented in the controller. Preferably, a system model of a higher order is determined and a control algorithm of a lower order is obtained therefrom. Only the control algorithm of a lower order, which can be optionally optimized with the system model of a higher order, is implemented in the controller.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur Inbetriebnahme sowie zum Regeln eines AntriebsMethod and device for commissioning and controlling a drive
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inbetriebnahme eines geregelten Antriebs durch Erstellen eines Streckenmodells, das das Frequenzver¬ halten einer Strecke wiedergibt, in die der Antrieb integ- riert ist, und Implementieren eines Regelalgorithmus auf der Basis des Streckenmodells. Darüber hinaus betrifft die vor¬ liegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Re¬ geln eines Antriebs durch Berücksichtigen eines Streckenmo¬ dells, das das Frequenzverhalten einer Strecke, in die der Antrieb integriert ist, wiedergibt, in mindestens einer Rege¬ lungskomponente.The present invention relates to a method and a device for starting up a controlled drive by creating a track model that reflects the frequency behavior of a track into which the drive is integrated, and implementing a control algorithm based on the track model. In addition, the present invention relates to a method and a device for regulating a drive by taking into account a track model which reproduces the frequency response of a track into which the drive is integrated, in at least one control component.
Konventionelle Antriebsregelungen basieren auf nicht para¬ metrischen Streckenmodellen, die beispielsweise auf Frequenz- kennlinien beruhen. Dabei werden charakteristische Frequenz¬ kennlinien der jeweiligen Regelungsstrecken aufgenommen und in dem Regelalgorithmus berücksichtigt.Conventional drive regulations are based on non-parametric system models that are based, for example, on frequency characteristics. Characteristic frequency characteristics of the respective control paths are recorded and taken into account in the control algorithm.
Es erweist sich jedoch als schwierig, mit einem allein auf derartigen Frequenzkennlinien basierenden Regelungsalgorith¬ mus beispielsweise kritische Eigenschwingungen zu dämpfen.However, it proves difficult to attenuate for example critical natural oscillations with a control algorithm based solely on such frequency characteristics.
Steht ein direktes Messsystem zur Verfügung, mit dem eine Rückkopplung einer Messgröße der Werkzeugspitze möglich ist, so kann eine APC-Regelstruktur zur Anwendung kommen. Hin¬ sichtlich derartiger APC-Regelstrukturen wird auf die Patent¬ schrift DE 102 46 093 Cl verwiesen. Auch dieses Verfahren be¬ ruht auf Frequenzkennlinien, so dass nur unter bestimmten Voraussetzungen kritische Streckenpole hinreichend beein- flusst werden können. Eine gezielte Vorgabe von Polen des ge¬ regelten Systems (Eigenfrequenz und Dämpfung) ist nicht mög¬ lich. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Dämpfung von Eigenfrequenzen bei Antriebsregelungen zu verbessern oder das dynamische Verhalten durch Polvorgabe ge- zielt zu beeinflussen.If a direct measuring system is available, with which a feedback of a measured variable of the tool tip is possible, then an APC control structure can be used. With regard to such APC control structures, reference is made to Patent DE 102 46 093 C1. This method is also based on frequency characteristics, so that critical line poles can be adequately influenced only under certain conditions. Targeted specification of poles of the controlled system (natural frequency and damping) is not possible. The object of the present invention is thus to improve the damping of natural frequencies in drive controls or to influence the dynamic behavior by specific polarity.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Inbetriebnehmen eines geregelten Antriebs durch Erstellen eines Streckenmodells, das das Frequenzverhalten einer Stre- cke wiedergibt, in die der Antrieb integriert ist, und Imple¬ mentieren eines Regelalgorithmus auf der Basis des Strecken¬ modells, wobei das Streckenmodell parametrisch ist und min¬ destens einer der Parameter des Streckenmodells verändert wird.According to the invention, this object is achieved by a method for starting up a controlled drive by creating a system model that reproduces the frequency behavior of a route in which the drive is integrated, and implementing a control algorithm based on the line model, wherein the Track model is parametric and at least one of the parameters of the track model is changed.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Regeln eines Antriebs durch Berücksichtigen eines Streckenmo¬ dells, das das Frequenzverhalten einer Strecke, in die der Antrieb integriert ist, wiedergibt, in mindestens einer Rege- lungskomponente, wobei das Streckenmodell parametrisch ist und mindestens einer der Parameter des Streckenmodells verän¬ derbar ist .Furthermore, the invention provides a method for controlling a drive by taking into account a track model that reproduces the frequency response of a track into which the drive is integrated, in at least one control component, wherein the track model is parametric and at least one of the parameters of Track model is verän¬ derbable.
Dementsprechend wird durch die Erfindung auch bereitgestellt eine Vorrichtung zum Inbetriebnehmen eines geregelten An¬ triebs mit einer Diagnoseeinrichtung zum Gewinnen von Stre¬ ckendaten über das Frequenzverhalten einer Strecke, in die der Antrieb integrierbar ist, und einer Recheneinrichtung, mit der aus den Streckendaten automatisch oder teilautoma- tisch ein parametrisches Streckenmodell berechenbar ist.Accordingly, the invention also provides a device for starting up a regulated drive with a diagnostic device for obtaining track data on the frequency response of a route into which the drive can be integrated, and a computing device with which the route data is automatically or partially automated - a parametric system model can be calculated.
Schließlich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen eine Vorrich¬ tung zum Regeln eines Antriebs mit mindestens einer Rege¬ lungskomponente, in der ein Streckenmodell, das das Frequenz- verhalten einer Strecke, in die der Antrieb integrierbar ist, wiedergibt, berücksichtigbar ist, wobei das Streckenmodell parametrisch ist und in der mindestens einen Regelungskompo- nente mindestens einer der Parameter des Streckenmodells ver¬ änderbar ist .Finally, the invention proposes a Vorrich¬ processing for controlling a drive with at least one Rege ¬ lung component, in which a line model, the behavior of the frequency of a track, in which the drive is integrated reproduces, is berücksichtigbar, wherein the system model is parametric and in the at least one control compo- at least one of the parameters of the route model can be changed.
Vorzugsweise wird aus dem Streckenmodell ein implementierba- rer Regelalgorithmus erstellt, der anschließend in seinerPreferably, an implementable control algorithm is created from the system model, which is subsequently implemented in its
Komplexität, insbesondere seiner Ordnung, reduziert wird. Da¬ mit können für den Reglerentwurf die Eigenfrequenzen des Sys¬ tems bzw. der Strecke exakt berücksichtigt werden. Für die Implementierung kann dann der Regelalgorithmus auf eine Kom- plexität bzw. Ordnung reduziert werden, die der Rechenleis¬ tung des Systems gerecht wird.Complexity, in particular its order, is reduced. The eigenfrequencies of the system or of the route can therefore be exactly taken into account for the controller design. For the implementation, the control algorithm can then be reduced to a complexity or order that does justice to the computing performance of the system.
Insbesondere kann der Regelalgorithmus zunächst m-te Ordnung besitzen und mit Hilfe des Streckenmodells n-ter Ordnung zu einer Ordnung kleiner als m reduziert werden, wobei n > m ist. Dies bedeutet, dass ein modellbasiertes Regelverfahren zunächst aus einem Streckenmodell n-ter Ordnung einen Regel¬ algorithmus bestimmter Komplexität generiert. Die Komplexität lässt sich beispielsweise in der Ordnung m des Regelalgorith- mus ausdrücken. Ist, wie oben angedeutet, aufgrund der Re¬ chenleistung eine Realisierung des Reglers mit hoher Komple¬ xität nicht möglich, muss die Komplexität des Regelalgorith¬ mus reduziert werden. Dies ist dadurch möglich, dass bei der Bestimmung des komplexitätsreduzierten Reglers das ursprüng- liehe Steckenmodell n-ter Ordnung herangezogen wird.In particular, the control algorithm may initially have m-th order and be reduced to an order smaller than m by means of the n-th order path model, where n> m. This means that a model-based control method initially generates a control algorithm of specific complexity from an n-th order of a path model. The complexity can be expressed, for example, in the order m of the control algorithm. If, as indicated above, a realization of the controller with high complexity is not possible due to the computing power, the complexity of the control algorithm must be reduced. This is possible because in the determination of the complexity-reduced controller, the original n-th order plug-in model is used.
Beim Erstellen des Streckenmodells werden vorzugsweise höher- frequente Anteile berücksichtigt als in dem implementierbaren Regelalgorithmus. Dies kann, wie oben angeführt ist, dadurch realisiert sein, dass das Streckenmodell in einer höherenWhen creating the distance model, higher-frequency components are preferably taken into account than in the implementable control algorithm. This can, as stated above, be realized in that the track model in a higher
Ordnung erstellt wird als der implementierbare Regelalgorith¬ mus. Unabhängig von der Realisierung ist dabei lediglich we¬ sentlich, dass die höheren Frequenzanteile zwar im Strecken¬ modell aber nicht zwangsläufig auch in dem zu implementieren- den Regelalgorithmus berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise kann durch Verändern eines Parameters des implementierten Regelalgorithmus ein Dämpfungsmaß für eine oder mehrere spezifische Eigenschwingungen der Strecke verän¬ derbar sein. Dadurch ist es für den Bediener bei der Inbe- triebnahme des Systems möglich, durch Variation weniger Para¬ meter die Pole des geregelten Systems kontinuierlich in Be¬ reich höherer Dämpfung zu verschieben.Regardless of the implementation, it is merely essential that the higher frequency components are taken into account in the line model, but not necessarily in the control algorithm to be implemented. Advantageously, by varying a parameter of the implemented control algorithm, a damping measure for one or more specific natural oscillations of the route can be changed. This makes it possible for the operator when commissioning the system to shift the poles of the controlled system continuously into the range of higher damping by varying a few parameters.
In einer speziellen Ausgestaltung kann die Regelstruktur eine leicht veränderte APC-Regelstruktur sein. Somit kann insbe¬ sondere für Achsen von Werkzeug-, Produktionsmaschinen oder Robotern ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Dämpfung mechanischer Schwingungen bereitgestellt werden.In a specific embodiment, the control structure may be a slightly modified APC control structure. Thus, in particular for axles of machine tools, production machines or robots, a simple and cost-effective method for damping mechanical vibrations can be provided.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG 1 gemessene Frequenzkennlinien einer Regelstrecke;1 shows measured frequency characteristics of a controlled system;
FIG 2 modellierte Frequenzkennlinien der Regelstrecke;FIG 2 modeled frequency characteristics of the controlled system;
FIG 3 einen erfindungsgemäßen Regelkreis gemäß einer ers¬ ten Ausführungsform; und3 shows a control circuit according to the invention according to a first embodiment; and
FIG 4 einen erfindungsgemäßen Regelkreis gemäß einer zweiten Ausführungsform.4 shows a control circuit according to the invention according to a second embodiment.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin- düng dar.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
Das Verhalten einer zu regelnden Strecke kann durch ihre Fre¬ quenzkennlinien ermittelt werden. In dem in FIG 1 dargestell¬ ten Beispiel sind die Frequenzkennlinien bezüglich Amplitude und Phase für ein System dargestellt, das in dem gemessenen Frequenzbereich vier Maxima aufweist. Für die Modellierung ist eine Differentialgleichung 10-ter Ordnung notwendig, da neben den vier konjugiert komplexen Polen ein doppelter Pol in Null berücksichtigt werden muss. Entsprechend modellierte Frequenzkennlinien sind in FIG 2 wiedergegeben. Sie entspre¬ chen mit hoher Genauigkeit insbesondere im höheren Frequenz- bereich den gemessenen Kennlinien.The behavior of a path to be controlled can be determined by its frequency characteristic curves. In the example shown in FIG. 1, the frequency characteristics with respect to amplitude and phase are shown for a system which has four maxima in the measured frequency range. For the modeling, a 10-order differential equation is necessary because in addition to the four conjugate complex poles a double pole must be considered in zero. Correspondingly modeled frequency characteristics are shown in FIG. They correspond with high accuracy, in particular in the higher frequency range, to the measured characteristic curves.
Das aufgrund der gemessenen Kennlinien ermittelte parametri¬ sche Streckenmodell wird nun in dem Regelkreis für den An¬ trieb bzw. für die Strecke berücksichtigt. D.h. das Strecken- modeil fließt in einzelne Komponenten des Regelkreises ein, wie dies in FIG 3 symbolisch dargestellt ist.The parametric system model determined on the basis of the measured characteristic curves is now taken into account in the control circuit for the drive or for the route. That The distance model flows into individual components of the control loop, as shown symbolically in FIG.
Der in FIG 3 wiedergegebene innere Regelkreis, ein Geschwin¬ digkeitsregelkreis, erhält als Vorgabe eine Sollgeschwindig- keit vsoll. In einer Begrenzerschaltung 1 wird die Sollge¬ schwindigkeit vsoll in einen Sollstrom i_soll umgewandelt, wo¬ bei der Strom auf ein Maximum begrenzt ist. In einem Rück¬ kopplungselement 2 mit einer Übertragungsfunktion G2 (z) wird der Sollstrom i_soll an den Eingang des Regelkreises zurück- gekoppelt. Weiterhin wird der Sollstrom i_soll einer Band¬ sperre 3 und danach einem Stromregelkreis 4 zugeführt. Dabei wird der in den Antrieb, allgemein als Strecke 5 bezeichnet, einzuspeisende Strom kτ x i gewonnen. Aus der Regelstrecke 5 resultiert ein Positions- bzw. Wegsignal x_Last bzw. x_Motor. Dieses Wegsignal wird als Rückkopplungssignal zunächst in ei¬ nem numerischen Berechnungselement 6 zu einem Geschwindig¬ keitssignal umgerechnet und anschließend über ein weiteres Rückkopplungselement 7 mit der Übertragungsfunktion Gi (z) ne¬ gativ an den Eingang zum Sollgeschwindigkeitssignal vsoll zu- rückgeführt.The reproduced in FIG 3 inner loop, a Geschwin¬ digkeitsregelkreis, as a default receives a target speed and v soll. In a limiter circuit 1, the speed v soll is Sollge¬ i_nom converted into a setpoint current is wo¬ limited in the current to a maximum. In a feedback element 2 with a transfer function G 2 (z), the setpoint current i_soll is coupled back to the input of the control loop. Furthermore, the setpoint current i_soll a Band¬ lock 3 and then a current control circuit 4 is supplied. In this case, the current k τ xi to be fed into the drive, generally designated as path 5, is obtained. From the controlled system 5 results in a position or path signal x_Last or x_Motor. This path signal is first converted as a feedback signal into a numerical calculation element 6 into a speed signal and then negatively fed back via another feedback element 7 with the transfer function Gi (z) to the input to the desired speed signal v soll .
In einem äußeren Regelkreis, einem Lageregelkreis, wird das Wegsignal x_Last negativ zu einem Soll-Wegsignal xsoii zurück¬ gekoppelt. Das resultierende Differenzsignal wird in einem Umrechnungselement 8 zur Sollgeschwindigkeit vson umgerech¬ net . Das gemäß FIG 2 gewonnene Streckenmodell fließt unter anderem in die Komponenten 2, 7 und 8 des Regelkreises ein. Damit kann eine sehr exakte Dämpfung der Eigenfrequenzen der Stre¬ cke durchgeführt werden. Das parametrische Streckenmodell lässt sich dabei automatisch oder halbautomatisch berechnen.In an outer control loop, a position control loop, the displacement signal x_load is negatively coupled back to a desired displacement signal x so ii. The resulting difference signal is converted in a conversion element 8 to the desired speed v so n. The route model obtained according to FIG. 2 flows among other things into the components 2, 7 and 8 of the control loop. Thus, a very exact damping of the natural frequencies of the Stre¬ bridge can be performed. The parametric distance model can be calculated automatically or semi-automatically.
Zum Reglerentwurf wird ein Streckenmodell hoher Ordnung, d.h. eine Differentialgleichung hoher Ordnung, herangezogen. Dies ist insofern unproblematisch, als beim Reglerentwurf off-line gearbeitet werden kann. Demgegenüber muss für die Implemen¬ tierung die Ordnung des Streckenmodell gezielt reduziert wer¬ den. Dies ist erforderlich, um der Rechenkapazität des Reg¬ lers gerecht zu werden. Durch die Verwendung eines Strecken¬ modells hoher Ordnung zum Entwurf, das auch bei hohen Fre- quenzen Gültigkeit besitzt, ist sichergestellt, dass trotz der niedrigen implementierten Ordnung die Pole zum Dämpfen an die gewünschte Stelle verschoben werden können. Die Inbe¬ triebnahme des Reglers erfolgt, indem der Bediener durch Va¬ riation weniger Parameter die Pole des geregelten Systems kontinuierlich in Bereich höherer Dämpfung verschiebt.For the controller design, a high-order route model, i. a differential equation of high order, used. This is unproblematic insofar as the controller design can be worked off-line. In contrast, the order of the line model must be purposefully reduced for the implementation. This is necessary in order to meet the computing capacity of the controller. By using a high-order routing model for the design, which is valid even at high frequencies, it is ensured that, in spite of the low implemented order, the poles can be shifted to the desired location for damping. The controller is put into operation by the operator shifting the poles of the controlled system continuously into the range of higher damping by varying a few parameters.
Die Inbetriebnahme des Regelungssystems kann durch Variation weniger Parameter erfolgen, da das Streckenmodell in dem Re¬ gelungssystem berücksichtigt ist. Der Bediener muss nicht für jeden Pol die Dämpfung eigens vorgeben. Vielmehr wurde be¬ reits beim Entwurf die Polvorgabe automatisch bestimmt. Somit wird der Bediener von der Inbetriebnahme größtenteils entkop¬ pelt .The commissioning of the control system can be carried out by varying a few parameters, since the system model is taken into account in the control system. The operator does not have to specify the attenuation for each pole. Rather, the pole setting was automatically determined already in the design. Thus, the operator is largely decoupled from commissioning.
Der innere Regelkreis, d.h. der Geschwindigkeitsregelkreis, kann entsprechend einer zweiten Ausführungsform gemäß der Darstellung von FIG 4 realisiert sein. Dieser Regelkreis be¬ sitzt die bekannte APC-Regelstruktur, wobei ein Lastgeber, d.h. ein direktes Messsystem, verwendet wird. Dabei sind die Regelungskomponenten 1, 2 und 3 von FIG 3 durch einen Strom¬ sollwertfilter mit PI-Regler ersetzt. Speziell wird die Soll¬ geschwindigkeit vsoll einschließlich der rückgeführten Größen einem PI-Regler 10 und anschließend einer oder mehreren Band¬ sperren 11, 12 zugeführt. Daraus resultiert wiederum der Sollstrom i_soll. Die Anzahl der Bandsperren 11, 12 richtet sich nach der Ordnung des Streckenmodells. Der anschließende Stromregelkreis 4 und die Strecke 5 entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß FIG 3. In dem in FIG 4 un¬ teren Rückkopplungszweig ist wiederum das gleiche Umrech¬ nungselement 6 zur Umrechnung des Wegsignals x_Last in eine Geschwindigkeit vorgesehen. Das daran anschließende Rückkopp- lungselement 17 entspricht prinzipiell dem Rückkopplungsele¬ ment 7 von FIG 3, jedoch ist in der Übertragungsfunktion Gi' (z) des Rückkopplungselements 17 die spezielle APC- Regelstruktur mit berücksichtigt. Sollen beispielsweise drei Bandsperren realisiert werden, so muss die Übertragungsfunk- tion sechster Ordnung sein.The inner control loop, ie the speed control loop, can be realized according to a second embodiment according to the representation of FIG. This control loop contains the known APC control structure, whereby a load transmitter, ie a direct measuring system, is used. The control components 1, 2 and 3 of FIG 3 are replaced by a Strom¬ Sollwertfilter with PI controller. Especially the Soll¬ v speed to including recycled sizes a PI controller 10 and then one or more Band¬ locks 11, 12 supplied. This in turn results in the desired current i_soll. The number of band-stop filters 11, 12 depends on the order of the track model. The subsequent current control circuit 4 and the section 5 correspond to those of the first embodiment shown in FIG 3. In the un¬ in FIG 4 direct feedback branch in turn is the same conver ¬ voltage element 6 are provided for converting the displacement signal into a x_Last speed. The adjoining feedback element 17 corresponds in principle to the feedback element 7 of FIG. 3, but the special APC control structure is taken into account in the transfer function Gi '(z) of the feedback element 17. If, for example, three bandstop filters are to be implemented, then the transfer function must be sixth order.
Während in dem unteren Rückkopplungszweig die Position zu¬ rückgeführt wird, wird in dem oberen in FIG 4 dargestellten Rückkopplungzweig die Drehzahl n_ist zurückgeführt. Ein Schalter 18 sorgt dafür, dass die Drehzahlrückführung ab¬ schaltbar ist. Das Abschalten der Drehzahlrückführung ist Voraussetzung für die Anwendung des parametrischen Strecken¬ modells. Eine Umparametrierung kann nämlich nur erfolgen, wenn die Drehzahlrückführung abgeschaltet ist.While the position is returned in the lower feedback branch, the rotational speed n_act is returned in the upper feedback branch shown in FIG. A switch 18 ensures that the speed feedback can be switched off. Switching off the speed feedback is a prerequisite for the application of the parametric Strecken¬ model. A reparameterization can only take place if the speed feedback is switched off.
Die Messung eines Motorgebers ist ausreichend, um eine Dämp¬ fung kritischer Eigenfrequenzen zu erreichen. Bei Maschinen im Low-Cost-Segment (beispielsweise Holzverarbeitung) wird in der Regel auf ein direktes Messsystem (Motorgeber) verzich- tet, so dass die Maschinen oft durch sehr niedrige Eigenfre¬ quenzen in ihrer Dynamik beschränkt sind. Mit der vorgeschla¬ genen Regelstruktur können derartige Maschinen jedoch kosten¬ günstig mit erheblich höherer Dynamik betrieben werden.The measurement of a motor encoder is sufficient to achieve a damping of critical natural frequencies. For machines in the low-cost segment (for example, wood processing), a direct measuring system (motor encoder) is usually dispensed with, so that the machines are often limited in their dynamics by very low natural frequencies. With the proposed control structure, however, such machines can be operated cost-effectively with considerably higher dynamics.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können die Parameter desWith the proposed method, the parameters of the
Lage- und Drehzahlregelkreises beeinflusst werden. Somit ist es möglich, bestehende Systemarchitekturen weiter zu verwen- den. Die Lageregelung kann auch hier in der übergeordneten Steuerung gerechnet werden. Die vorliegende Erfindung kann dafür genutzt werden, dass die Inbetriebnahme-Software von Antrieben Module zur Identifikation (Frequenzgangmessung) , Modellierung und zum Reglerentwurf enthält . Dabei wird das Ergebnis der aus der Identifikation gewonnenen Modellierung beim Reglerentwurf in die Regelstruktur integriert. Weil die implementierbare Reglerordnung in der Regel jedoch geringer sein sollte als die des Modells, muss das Modell vereinfacht und hochfrequente Anteile weggelassen werden. Somit wird ein Regler niedriger Ordnung bestimmt. Dieser Regelalgorithmus niederer Ordnung wird mit Hilfe des kompletten Modells hoher Ordnung nochmals optimiert. Erst der optimierte Regelalgo¬ rithmus wird implementiert. Position and speed control loop can be influenced. Thus, it is possible to continue to use existing system architectures. the. The position control can also be calculated here in the higher-level control. The present invention may be used to include drive commissioning software for identification (frequency response measurement), modeling, and controller design. In the process, the result of the modeling obtained from the identification is integrated into the control structure in the controller design. However, because the implementable governor order should generally be less than that of the model, the model must be simplified and high frequency components omitted. Thus, a low-order controller is determined. This low order control algorithm is further optimized using the full high order model. Only the optimized Regelalgor¬ rithm is implemented.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Inbetriebnehmen eines geregelten Antriebs durch - Erstellen eines Streckenmodells, das das Frequenzverhal¬ ten einer Strecke (5) wiedergibt, in die der Antrieb in¬ tegriert ist, und1. A method for commissioning a controlled drive by - creating a route model, the frequency behavior of a distance (5) reproduces, in which the drive is inte grated, and
- Implementieren eines Regelalgorithmus auf der Basis des Streckenmodells, dadurch gekennzeichnet, dassImplementing a control algorithm on the basis of the route model, characterized in that
- das Streckenmodell parametrisch ist und- the route model is parametric and
- mindestens einer der Parameter des Streckenmodells ver¬ ändert wird.- At least one of the parameters of the route model ver¬ changes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus dem Streckenmodell ein implementierbarer Regelalgorithmus erstellt wird, der an¬ schließend in seiner Komplexität, insbesondere seiner Ord¬ nung, reduziert wird.2. The method of claim 1, wherein from the line model, an implementable control algorithm is created, which is subsequently reduced in its complexity, in particular its Ord¬ voltage.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Regelalgorithmus zu¬ nächst m-te Ordnung besitzt und mit Hilfe des Streckenmodells n-ter Ordnung zu einer Ordnung kleiner als m reduziert wird, wobei n > m ist.3. The method according to claim 2, wherein the control algorithm has at least m-th order and is reduced to an order smaller than m by means of the n-th order system, where n> m.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Erstellen des Streckenmodells höherfrequente Anteile be¬ rücksichtigt werden als in dem Regelalgorithmus.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein be considered in the creation of the system model higher-frequency shares than in the control algorithm.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch Verändern eines Parameters des implementierten Regelal¬ gorithmus eine oder mehrere spezifische Eigenschwingungen der Strecke dämpfbar ist/sind.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein by changing a parameter of the implemented Regelal¬ gorithmus one or more specific natural oscillations of the track is / are attenuable.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelstruktur eine Erweiterung der APC-Regelstruktur dar¬ stellt. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the control structure represents an extension of the APC control structure dar¬.
7. Verfahren zum Regeln eines Antriebs durch7. Method for controlling a drive by
- Berücksichtigen eines Streckenmodells, das das Frequenz¬ verhalten einer Strecke (5) , in die der Antrieb integ¬ riert ist, wiedergibt, in mindestens einer Regelungskom- ponente, dadurch gekennzeichnet, dassConsidering a track model which reproduces the frequency behavior of a track (5) into which the drive is integrated, in at least one control component, characterized in that
- das Streckenmodell parametrisch ist und- the route model is parametric and
- mindestens einer der Parameter des Streckenmodells ver¬ änderbar ist.- At least one of the parameters of the route model is ver¬ changeable.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei durch Verändern eines Pa¬ rameters des implementierten Regelalgorithmus ein Dämpfungs¬ maß für eine oder mehrere spezifische Eigenschwingungen der Strecke veränderbar ist.8. The method according to claim 7, wherein by varying a parameter of the implemented control algorithm, a damping measure for one or more specific natural oscillations of the path can be changed.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Regelstruktur eine Erweiterung der APC-Regelstruktur darstellt.9. The method of claim 7 or 8, wherein the rule structure represents an extension of the APC control structure.
10. Vorrichtung zum Inbetriebnehmen eines geregelten Antriebs mit10. Device for commissioning a controlled drive with
- einer Diagnoseeinrichtung zum Gewinnen von Streckendaten über das Frequenzverhalten einer Strecke, in die der An¬ triebe integrierbar ist, gekennzeichnet durch - eine Recheneinrichtung, mit der aus den Streckendaten automatisch oder teilautomatisch ein parametrisches Streckenmodell berechenbar ist.a diagnostic device for obtaining route data on the frequency behavior of a route into which the drive can be integrated, characterized by a computing device with which a parametric route model can be automatically or partially automatically calculated from the route data.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei mit der Rechenein- richtung aus dem Streckenmodell ein implementierbarer Regel¬ algorithmus erstellbar ist, der in seiner Komplexität, insbe¬ sondere seiner Ordnung, reduzierbar ist.11. Device according to claim 10, wherein with the computing device from the system model an implementable control algorithm can be generated which is reducible in its complexity, in particular its order.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei mit der Rechenein- richtung ein Regelalgorithmus m-ter Ordnung mit Hilfe des12. The device according to claim 11, wherein the computing device is a control algorithm of the m th order with the aid of the
Streckenmodells n-ter Ordnung zu einer Ordnung kleiner als m reduzierbar ist, wobei n > m ist. N-order system can be reduced to an order smaller than m, where n> m.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei beim Erstellen des Streckenmodells in der Recheneinrichtung höher frequente Anteile als in dem implementierbaren Regelal¬ gorithmus berücksichtigbar sind.13. Device according to one of claims 10 to 12, wherein when the route model in the computing device higher frequency components than in the implementable Regelal¬ gorithm are considered.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei mit der Recheneinrichtung aus dem parametrischen Streckenmodell ein Regelalgorithmus erstellbar ist, mit dem durch Verändern eines Parameters ein Dämpfungsmaß für eine oder mehrere spe- zifische Eigenschwingungen der Strecke veränderbar ist.14. Device according to one of claims 10 to 13, wherein with the computing device from the parametric line model, a control algorithm can be created, by means of which a damping measure for one or more specific natural oscillations of the track can be changed by changing a parameter.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Regelstruktur des geregelten Antriebs eine Erweiterung der APC-Regelstruktur ist.15. Device according to one of claims 10 to 14, wherein the control structure of the controlled drive is an extension of the APC control structure.
16. Vorrichtung zum Regeln eines Antriebs mit16. Device for controlling a drive with
- mindestens einer Regelungskomponente (2, 7 ,8), in der ein Streckenmodell, das das Frequenzverhalten einer Strecke (5) , in die der Antrieb integrierbar ist, wie- dergibt, berücksichtigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass- At least one control component (2, 7, 8), in which a track model that the frequency response of a route (5), in which the drive is integrated, averageable, is considered, characterized in that
- das Streckenmodell parametrisch ist und- the route model is parametric and
- in der mindestens einen Regelungskomponente (2, 7, 8) mindestens einer der Parameter des Streckenmodells ver- änderbar ist.- In the at least one control component (2, 7, 8) of at least one of the parameters of the track model is changeable ver.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei durch Verändern eines Parameters des Streckenmodells in der Regelungskomponente (2, 7, 8) ein Dämpfungsmaß für eine oder mehrere spezifische Ei- genschwingungen der Strecke veränderbar ist.17. The apparatus of claim 16, wherein by changing a parameter of the system model in the control component (2, 7, 8) a damping measure for one or more specific genis vibrations of the track is variable.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, die eine APC- Regelstruktur aufweist. 18. The apparatus of claim 16 or 17, comprising an APC control structure.
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