DD232790A1 - ARRANGEMENT FOR SPEED CONTROL OF DC MOTORS WITH REPRODUCIBLE CHANGE - Google Patents
ARRANGEMENT FOR SPEED CONTROL OF DC MOTORS WITH REPRODUCIBLE CHANGE Download PDFInfo
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren mit reproduzierbar veraenderlicher Belastung, die bei Positionier- bzw. drehzahlgeregelten Antrieben verwendet wird. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Gleichlaufverhaltens, speziell bei niedrigen Drehzahlen. Aufgabengemaess sollen reproduzierbare Lastmomente des Motors mit geringem Aufwand sowie mit hoher Genauigkeit und Dynamik kompensiert werden. Erfindungsgemaess sind die Lastmomente des Motors bzw. ihnen proportionale Korrekturgroessen fuer jede aufloesbare durch einen Zaehler abgefragte Winkelstellung des Rotors gespeichert. Der Zaehlerstand bestimmt dabei die Adresswahl des Speichers, dessen jeweils ausgegebene Korrekturgroesse nach DA-Wandlung einem Stromregler zur Drehzahlregelung aufgepraegt wird. Fig. 1The invention relates to an arrangement for speed control of DC motors with reproducibly veraenderlicher load that is used in positioning or speed-controlled drives. The aim of the invention is to improve the synchronization behavior, especially at low speeds. In accordance with the task, reproducible load torques of the motor are to be compensated with little effort and with high accuracy and dynamics. According to the invention, the load moments of the motor or proportional correction quantities are stored for each resolvable angular position of the rotor interrogated by a counter. The counter status determines the address selection of the memory, whose respective output correction quantity after DA conversion is impressed on a current controller for speed control. Fig. 1
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren mit reproduzierbar veränderlicher BelastungThe invention relates to an arrangement for speed control of DC motors with reproducibly variable load
Anwendung findet die Erfindung bei Positionier- bzw drehzahlgeregelten Antrieben mit sich periodisch wiederholender Belastung an der Motorwelle, insbesondere bei Gleichstrommotoren mit ausgeprägtem NutpulsationsmomentThe invention is used in positioning or speed-controlled drives with periodically repeating load on the motor shaft, especially in DC motors with pronounced Nutpulsationsmoment
Gleichstrommotoren mit ausgeprägtem Nutpulsationsmoment oder ahnlicher Lastmornentv.erlaufen sind fur hochprazise Antriebe ohne Kompensation dieser Lastmomente nicht geeignet, da diese Momentstorgroßen besonders bei geringen Drehzahlen starke Drehzahlschwankungen verursachenDC motors with pronounced groove pulsation torque or similar load torque deceleration are not suitable for high-precision drives without compensation of these load torques, since these torque gauges cause high speed fluctuations, especially at low speeds
Es ist allgemein bekannt („Grundlagen der elektrischen Antrieöstechnik ',J Vogel, Verlag Technik Berlin 1977) die Drehzahl von Motoren über inkremental Geber am Motor zu erfassen, gegebenenfalls über Zahler auszuwerten und die Meßwertinformation als istwert einem Pl-Drehzahlregier zuzuleiten Die digital/analog gewandelte Ausgangsgroße des Reglers beeinflußt über einen Stromregler das Moment und damit die Drehzahl des Motors Bedingt durch mechanische Resonanzstellen im Motor, einschließlich der Getriebemittel ist das Reaktionsvermögen dieser Drehzahlregelung auf schnelle Lastschwankungen begrenzt Insbesondere fur Motoren mit dem besagten Nutpulsationsmoment ist mit diesem Regelungspnnzip die Drehzahlschwankung, speziell bei geringen Drehzahlen nicht ausregelbarIt is well known ("Fundamentals of electrical Antrieöstechnik ', J Vogel, Verlag Technik Berlin 1977) to detect the speed of motors via incremental encoder on the engine, if necessary to evaluate payer and the measured value information as actual value to a Pl-Drehzahlregier the digital / analog Due to mechanical resonance points in the motor, including the gear means, the responsiveness of this speed control is limited to fast load fluctuations. Especially for motors with the said groove pulsation torque, this control pnnzip is the speed fluctuation, especially at low speeds not ausregelbar
Eine schrage Nutung im Laufer des Gleichstrommotors verringert zwar das Nutpulsationsmoment, erfordert jedoch einen entsprechend hohen Fertigungsaufwand bei der Herstellung Außerdem stehen nicht in jedem Fall der Anwendung Motoren mit schräger Laufernutung zur VerfugungAlthough a Schrage grooving in the running of the DC motor reduces the Nutpulsationsmoment, but requires a correspondingly high production cost in the production In addition, not always in the application of motors with oblique Laufernutung available
Es ist weiter bekannt (z B DE-AS 2 337 722), fur eine Kompensation von am Motor auftretenden Lastmomenten mit einem Sensor das Drehmoment an der Motorwelle zu messen Dabei wird neben dem statischen Lastmoment auch das Beschleunigungsmoment erfaßt, was zu Fehlern bei derStorgroßenaufpragung auf einen Stromreglerfuhrt Die Genauigkeit der Korrektur ist unbefriedigendIt is further known (eg DE-AS 2 337 722) to measure the torque on the motor shaft with a sensor for a compensation of load torques occurring on the motor. In addition to the static load torque, the acceleration torque is also detected, which leads to errors in the rough rolling operation a Stromreglerfuhrt The accuracy of the correction is unsatisfactory
Außerdem ist bekannt (z B DE OS 1 931 322), aus dem Ankerstrom des Motors und der Beschleunigung einen lastproportionalen Aufpragewertfur einen Stromreglerzu gewinnen Das Beschleunigungsmoment wird dabei durch Differentiation der Spannung eines auf der Motorwelle befindlichen Tachogenerators gebildet Störungen fuhren bei der Differentiation allerdings zu Fehlern, die diesen Aufpragewert verfalschenIt is also known (eg DE OS 1 931 322) to obtain a load-proportional charge value for a current controller from the armature current of the motor and the acceleration. The acceleration torque is formed by differentiating the voltage of a tachogenerator located on the motor shaft. However, faults lead to errors in the differentiation that corrupt this prominence value
Zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Kompensation der Lastmomente ist es ferner bekannt (DE-OS 2 802 224), das Lastmoment durch einen Beobachter zu berechnen, der durch Motorstrom und -geschwindigkeit gefuhrt wird Der Motor wird dabei relativ aufwendig elektronisch nachgebildet (Operationsverstarkerschaltungen oder Rechner) Die Lastmomente können zwar mit dieser Anordnung sehr genau zur Korrekturwertbildung ermittelt werden, aber eine exakte Kompensation ist nur augenblicklich ohne Phasenverschiebung bei entsprechend geringer Korrekturzeit möglichTo increase the accuracy in the compensation of the load moments, it is also known (DE-OS 2,802,224) to calculate the load torque by an observer, who is guided by motor current and speed The motor is relatively complicated electronically simulated (Operationsverstarkerschaltungen or computer ) Although the load torques can be very accurately determined with this arrangement for the correction value formation, an exact compensation is possible only instantaneously without phase shift with correspondingly small correction time
Hierfür ist die Kompensationsanordnung nicht hinreichend schnell, so daß eine unzulängliche Dynamik, besonders bei schneller Beiastungsanderung die Folge ist Darüber hinaus ist der Schaltungsaufwand relativ hochFor this purpose, the compensation arrangement is not sufficiently fast, so that an inadequate dynamics, especially in fast Beiastungsander the result is In addition, the circuit complexity is relatively high
Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des Gleichlaufverhaltens, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und Verringerung des technisch-ökonomischen AufwandesThe aim of the invention is to improve the synchronization behavior, especially at low speeds and reducing the technical and economic effort
-2- 678 04-2- 678 04
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die Motordrehzahl beeinflussende Kompensation reproduzierbarer Lastmomente des Motors mit hoher Genauigkeit und Dynamik und mit möglichst geringem technisch-ökonomischen Aufwand zu schaffenThe invention has for its object to provide a motor speed influencing compensation reproducible load moments of the engine with high accuracy and dynamics and with the least possible technical and economic effort
Erfmdungsgemaß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren mit reproduzierbar veränderlicher Belastung, bei der über einen an der Welle des Gleichstrommotors angebrachten inkrementalen Winkelgeber und über einen an diesen angeschlossenen Zahler sowie über einen DA-Wandler ein Aufpragewert fur einen Stromregler ermittelt wird, der über eine Leistungsstufe elektrisch mit dem Gleichstrommotor in Verbindung steht, dadurch gelost, daß der Zahler zur Erfassung der Winkellage des Rotors ausgangsseitig an Adreßeingange eines Speichers angeschlossen ist, des fur jedes Winkelinkrement des Gleichstrommotors einen zugeordneten Speicherplatz mit einem eingeschriebenen, dem Lastmoment des jeweiligen Rotorwinkels des Gleichstrommotors proportionalen, Korrekturwert besitzt und dessen Ausgang mit dem Eingang des DA-Wandlers in Verbindung stehtErfmdungsgemaß this object is in an arrangement for speed control of DC motors with reproducible variable load, which is determined by a mounted on the shaft of the DC motor incremental angle sensor and a connected to these payer and a DA converter a Aufpragewert for a current regulator, the electrically connected to the DC motor via a power stage, thereby solved, that the numerator is connected to the angular position of the rotor on the output side to Adreßeingange a memory, for each Winkelinkrement the DC motor an associated memory with an inscribed, the load torque of the respective rotor angle of the DC motor proportional, has correction value and whose output is connected to the input of the DA converter
Der an den inkrementalen Winkelgeber angeschlossene Zahler ermittelt nicht, wie herkömmlich, den Istwert fur den Drehzahlregler, sondern er dient zur Erfassung der Winkellage des Rotors Jedem Zahlwert ist ein Speicherplatz des nachfolgenden Speichers zugeordnet, in den fur jeden Zahlerstand und damit fur jede Winkellage des Rotors ein dem jeweiligen Lastmoment dieser Winkellage proportionaler Korrekturwert eingeschrieben ist Zur Programmierung des Speichers werden diese den jeweiligen Winkellagen entsprechenden reproduzierbaren und damit bekannten Lastmomente ermittelt und daraus die jeweiligen Korrekturwerte fur das Einschreiben in den Speicher gewonnen Der jeweils am Ausgang des Speichers ausgegebene vom Rotorwinkel des Motors abhangige Korrekturwert wird unmittelbar digital/analog gewandelt und als Aufpragewertfurden Nennstrom zur Steuerung der Drehzahl dem Stromregler zugeführt Der Zahlumfang des Zahlers ist gleich der Anzahl der Impulse, die der inkremental Geber wahrend einer Penode des Lastmomentes (z B eine volle Umdrehung des Rotors vom Gleichstrommotor abgibtThe numerator connected to the incremental angle encoder does not, as is conventional, determine the actual value for the speed controller, but serves to detect the angular position of the rotor. Each number value is assigned a memory location of the following memory, for each payload and thus for each angular position of the rotor In order to program the memory, these reproducible and thus known load torques corresponding to the respective angular positions are determined and from this the respective correction values for writing to the memory are obtained. The respective output at the output of the memory depends on the rotor angle of the motor Correction value is directly converted to digital / analogue and fed to the current controller as the rated value for the rated speed for controlling the speed. The numerical range of the payer is equal to the number of pulses that the incremental encoder generates during a P end of the load torque (eg, one full turn of the rotor from the DC motor
Mitdererfindungsgemaßen Anordnung werden somit die reproduzierbaren rotorwinkelabhangigen Lastmomente (die bekannt bzw ermittelbar sind) fur jede Winkelstellung im Echtzeitbetrieb sehr genau erfaßt und ohne Phasenverschiebungen (wie sie beispielsweise bei Rechenoperationen unvermeidlich sind) und verzögernde Signallaufzeiten sofort zu einer Korrekturgroße fur die Stromsteuerung zur Drehzahlregelung verarbeitet Damit ist die Kompensation der Lastmomente auch fur sich schnell ändernde reproduzierbare Lastbedingungen sehr exakt (hohe Dynamik)Mitdererfindungsgemaßen arrangement thus the reproducible rotor angle-dependent load torques (which are known or) are detected very accurately for each angular position in real-time operation without phase shifts (such as are inevitable in arithmetic operations) and delaying signal delays immediately processed to a correction variable for the current control for speed control Thus the compensation of the load moments even for rapidly changing reproducible load conditions very exact (high dynamics)
Die Erfindung soll nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert werden Es zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to two illustrated in the drawings exemplary embodiments show It
Fig 1 Erfmdungsgemaße Anordnung in Hardwareausfuhrung Fig 2 Rechnergestutzte Anordnung zur DrehzahlregelungFIG. 1 Arrangement in Hardware Version FIG. 2 Computer-aided Arrangement for Speed Control
In Fig 1 ist eine reine Hardwareausfuhrung der erfindungsgemaßen Anordnung dargestellt An einem Eingang E liegt Solldrehzahl nSO|i an, die über eine Additionsstelle 1 an einen Pl-Drehzahlregelverstarker 2 zur Einstellung eines der Differenz aus Soll- und Istdrehzahl entsprechenden Stromes ison gelangen, der über eine Additionssteile 3 in einen Stromregelverstarker 4 eingespeist wird Der Ausgangsstrom des Pl-Drehzahlregelverstarkers 4 speist über eine Leistungsstufe 5 mit einer Stromruckfuhrung fur den Iststrom ι s, auf die Additionssteile 3 einen Gleichstrommotor 6, an dessen Rotorwelle 7 ein inkrementaler Winkelgeber 8 angeordnet ist Der Ausgang des inkrementalen Winkelgebers 8 ist zur Signalisierung der Istdrehzahl nlst auf die Additionsstelle 1 ruckgefuhrt Die beschriebene Anordnung bildet einen an sich bekannten Drehzahlregelkreis zur Einstellung der Motordrehzahl mit unterlagertem Stromregler Auf die Funktion eines derartigen Regelkreises, die hinreichend bekannt ist, soll nicht weiter eingegangen werden Zusätzlich ist der Ausgang des inkrementalen Gebers 8 mit dem Eingang eines Zahlers 9 verbunden, der ausgangsseitig Adreßeingange eines Speichers 10 ansteuert Der Ausgang des Speichers 10 steht über einen DA-Wandler 11 mit der Additionsstelle 3 in Verbindung Der Zahlumfang des Zahlers 9 entspricht der Impulsanzahl, die der inkremental Geber 8 wahrend einer Lastmomentpenode abgibt Der Zahler 9 bildet die Adresse fur den Speicher 10 mit der gleichen Anzahl an Speicherplatzen Jeder Speicherplatz ist dadurch einem Winkelinkrement an der Rotorwelle 7 zugeordnet Der Speicher 10 ist mit Informationen beschrieben, die den zu den jeweiligen Rotorwinkeln gehörenden Lastmomenten proportional sind Diese Information wird jeweils nach DA-Wandlung dem Eingang des besagten Stromreglers zugeführt In Fig 2 gelangt die Information der Solldrehzahl nsoi| über den Eingang E an einen Einchipmikrorechner 12, der über den DA-Wandler 11 mit dem Eingang des Stromreglers (bestehend aus Additionsstelle 3, Stromregelverstarker 4 und Leistungsstufe 5) in Verbindung steht Der Zahler 9 zahlt die Impulse des auf der Rotorwelle 7 des Gleichstrommotors 6 angeordneten inkrementalen Gebers Der Rechner fragt den Zahler 9 in einem festen Taktregime ab und errechnet durch Differenzbildung der Zahlerstande die Motorgeschwindigkeit und die Zahlimpulse fur einen softwaremaßig realisierten Positionszahler Dieser Zahler steuert entsprechend seines Zahlerstandes die Adreßwahl eines im Einchipmikrorechner 12 integrierten Speichers, in dem wie im ersten Beispiel die Momentkorrekturwerte enthalten sind Im Einchiprechner wird ein Pl-Drehzahlalgonthmus realisiert, der also auch eine Positionierung der Rotorwe Ie 7 ermöglicht Beim Einschulten des Antriebes erfolgt ein einmaliger Tebtlauf, der den Motor an η aufeinanderfolgenden Stellen positioniert An jeder Stelle wird der Stromwert In im Einchipmikrorechner 12 abgespeichert, der zum Halten der Position notwendig ist und genau dem momentanen Lastmoment entspricht Der Positionszahler, der softwaremaßig realisiert ist, besitzt η Zustande, wird beim Einschalten genullt und zeigt standig die aktuelle Position der Rotorwelle 7 an Eine Anzahl von η Impulsen des inkrementalen Gebers 8 stellt diesen Zahler jeweils um eine Position weiter Das Produkt m η Impulse bildet einen Winkelwert der Rotorwelle 7, der genau einer Lastmomentperiode des Gleichstrommotors 6 entsprichtIn Fig 1, a pure hardware execution of the inventive arrangement is shown at an input E is target speed n SO | i, which arrive via an addition point 1 to a Pl-Drehzahlregelverstarker 2 for setting a difference of the target and actual speed corresponding current i so n The output current of the Pl-Drehzahlregelverstarkers 4 fed via a power level 5 with a Stromruckfuhrung for the actual current ι s on the addition parts 3, a DC motor 6, arranged on the rotor shaft 7, an incremental angle sensor 8 The output of the incremental angle sensor 8 is jerkgefuhrt for signaling the actual speed n lst to the addition point 1 The arrangement described forms a known speed control circuit for adjusting the engine speed with subordinate current controller on the function of such a control loop, which is well known, s In addition, the output of the incremental encoder 8 is connected to the input of a counter 9, the output side address input of a memory 10 drives the output of the memory 10 is connected via a DA converter 11 to the addition point 3 in connection The number range of the payer 9 corresponds to the number of pulses that the incremental encoder 8 outputs during a load torque pseudo The payer 9 forms the address for the memory 10 with the same number of memory locations Each memory space is thereby associated with an angular increment on the rotor shaft 7. The memory 10 is described with information that | proportional belonging to the respective angles rotor load torques are This information is supplied respectively to DA conversion to the input of said current regulator in Fig 2, the information of the target speed n reaches soi via the input E to a single-chip microcomputer 12 which is connected via the DA converter 11 to the input of the current regulator (consisting of addition point 3, current regulation amplifier 4 and power stage 5). The payer 9 pays the pulses of the rotor shaft 7 of the direct current motor 6 arranged incremental encoders The calculator asks the payer from 9 in a fixed clock regime and calculated by subtracting the Zahlerstande the engine speed and the number of pulses for a software-implemented Positionzahler This payer controls according to its Zahlerstandes address selection of a built-in Einchipmikrorechner 12 memory in which as in the first Example, the torque correction values are included in the single-chip computer a Pl-speed algorithm is realized, which thus also allows a positioning of the Rotorwe Ie 7 When Einschulten the drive is a one-time Tebtlauf, which positions the engine at η successive sites At each Ste The current value I n is stored in the single-chip microcomputer 12, which is necessary to hold the position and exactly corresponds to the instantaneous load torque. The position payer, which is realized in software, has η states, is zeroed when switched on and constantly indicates the current position of the rotor shaft 7 A number of η pulses of the incremental encoder 8 further adjusts this payer by one position. The product m η pulses forms an angle value of the rotor shaft 7, which corresponds exactly to one load torque period of the DC motor 6
Nach dem Testlauf bearbeitet der Pl-Drehzahlregler des Einchipmikrorechners 12 die anliegenden Drehzahlsollwerte Zum Stromsollwert aus dem Pl-Drehzahlalgonthmus werden jetzt (wie prinzipiell im Ausfuhrungsbeispiel 1 beschrieben) die vorher abgespeicherten Stromwerte In entsprechend der Stellung des Positionszahlers addiertAfter the test run, the Pl-speed controller of the single-chip microcomputer 12 processes the applied speed setpoints to the current setpoint from the Pl-Drehzahlalgonthmus now (as described in principle in Example 1), the previously stored current values I n added according to the position of the position payer
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| DD26780484A DD232790A1 (en) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | ARRANGEMENT FOR SPEED CONTROL OF DC MOTORS WITH REPRODUCIBLE CHANGE |
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| DD232790A1 true DD232790A1 (en) | 1986-02-05 |
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| DD (1) | DD232790A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008018818A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-22 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Electric motor control method with load torque adjustment |
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1984
- 1984-10-01 DD DD26780484A patent/DD232790A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008018818A1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-22 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Electric motor control method with load torque adjustment |
| US8562304B2 (en) | 2008-04-15 | 2013-10-22 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Electrical motor activation method having load torque adaptation |
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