DD298575A5 - METHOD FOR PARAMETER-OPTIMAL ADJUSTMENT OF A PI-REGULATOR USED BY A STRUCTURAL-IMPROPER ADJUSTMENT OF THE REGULATOR TO THE CONTROL RANGE FOR TRANSMISSION-LOADED MECHANICAL ACTUATORS - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur parameteroptimalen Einstellung eines, durch strukturoptimale Anpassung des Reglers an die Regelstrecke, verwendeten PI-Reglers fuer Antriebe mit drehelastischer Mechanik. Um elektrische Antriebsregelkreise mit drehelastischer Mechanik (Zweimassensysteme) nicht nur stabil zu machen, sondern auch die Standzeiten der mechanischen Systemteile, wie Kupplungen, Getriebe und Wellen, wesentlich zu erhoehen, ist es notwendig, gleichzeitig eine Torsionsoptimierung vorzunehmen. Unter Beruecksichtigung der drehelastischen Mechanik in Form einer multiplikativen Ergaenzungsfunktion fuer die Motordrehzahl und fuer die Lastdrehzahl wurde erkannt, dasz es in Abhaengigkeit von der Lage der Torsionseigenfrequenz zur Grenzfrequenz des Drehzahlregelkreises unterschiedliche Anpassungsbereiche gibt. Fuer den Bereich, dasz die Eigenfrequenz der Torsionsschwingung auszerhalb der Grenzfrequenz des Drehzahlregelbereiches liegt, werden fuer einen, durch strukturoptimale Anpassung des Reglers an die Regelstrecke, verwendeten PI-Regler bei eindeutig stetiger nichtlinearer drehzahlabhaengiger Belastung parameteroptimale Reglereinstellungen vorgeschlagen. Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ergibt sich fuer drehzahlgeregelte Gleichstromnebenschluszmotore, die drehelastische mechanische Systeme antreiben.Method for the parameter-optimal setting of a PI controller for drives with torsionally elastic mechanics, which is used as a result of structurally optimal adaptation of the controller to the controlled system. In order not only to make electric drive control circuits with torsionally elastic mechanics (two-mass systems) sturdy, but also to substantially increase the service life of the mechanical system parts, such as clutches, gears and shafts, it is necessary to simultaneously carry out a torsion optimization. Taking into account the torsional elastic mechanics in the form of a multiplicative complement function for the engine speed and for the load speed, it was recognized that there are different adjustment ranges depending on the position of the torsion natural frequency to the speed control circuit limit frequency. For the region in which the natural frequency of the torsional oscillation lies outside the cut-off frequency of the speed control range, parameter-optimal regulator settings are proposed for a PI controller used by structurally optimal adaptation of the controller to the controlled system with clearly continuous non-linear speed-dependent loading. One field of application of the invention is for variable speed DC bypass motors that drive torsionally elastic mechanical systems.
Description
verwendeten Pl-F.eglers für Antriebe mit drehelastischer Mechanik.used Pl-F. regulators for drives with torsionally elastic mechanics.
an die Regelstrecke, verwendeten Pl-Reglers in drehzahigeregelten elektrischen Antrieben mit drehelastischer Mechanik beieindeutig ctoilgor nichtlinoarer drehzahlabhängiger Belastung.To the control system, Pl controllers used in speed-controlled electrical drives with torsionally elastic mechanics have unambiguously ctoilgor nonlinear speed-dependent load.
„Regelungstechnik", 1958, H. 11, S.3S5 und H. 12, S.432) oder zur Berücksichtigung stochestischer Signalanteile nach derstochastisch^ bzw. erweiterten stochastisch optimalen Einstellung (DD-WP 135943 und DD-WP 147192) eingestellt."Control Engineering", 1958, H. 11, S.3S5 and H. 12, S.432) or to take into account stochestischer signal components after derstochastisch ^ or extended stochastically optimal setting (DD-WP 135943 and DD-WP 147192) set.
in der Praxis sind dia von den elektrischen Antrieben angetriebenen mechanischen Systeme nicht drehstarre, sonderndrehalastischo Systeme. Wird diese Tatsache nicht berücksichtigt, so kann dies nicht nur zu Instabilitäten des Regelkreisesführen, sondern durch zusatzliche dynamische Torsionsbeanspruchung auch die Standzeit der mechanischen Systemelementewie Kupplungen, Getriebe und Wellen stark reduzieren.In practice, the mechanical systems driven by electric drives are not torsionally rigid but three-phase systems. Failure to take this fact into account may not only lead to instability of the control loop, but may also greatly reduce the service life of the mechanical system elements such as clutches, gears and shafts by additional dynamic torsional stress.
„Technische Mitteilungen AEG-Telefunken", 1973,Ή.6, S. 205). Dabei wurde ausgehend von einem schwingungsfähigen"Technical Mitteilungen AEG-Telefunken", 1973, Ή.6, p.105), starting from an oscillatory
bestehend rsuQ zwei Schwingungegliedern, verwendet. Ein Vorhalteglied 2. Ordnung verkörpert physikalisch die Last alsconsisting of two vibration elements, used. A 2nd order lead member physically embodies the load as
schwingt. Ein Verzögerungsglied 2.Ordnung verkörpert physikalisch das mit der Eigenfrequenz f, frei schwingendeswings. A second-order delay element physically embodies that with the natural frequency f, freely oscillating
drehzahlabhängig^ Belastung zu finden, das nicht nur für eine stabile Regelung sorgt, sondern auch eine minimale dynamischespeed dependent ^ find load that not only provides stable control, but also minimal dynamic
erstens der P-Antoil nach der Beziehungfirst, the P-Antoil after the relationship
zweitens dor I-Antoll nach der Beziehung Tsecondly, I-Antoll after the relationship T
X« = -— X « = -
Wme:M: mit der VorauweetBung, daßW me: M: with the pre-adobe, that
let,let,
eingestellt werden, und zusätzlich im Vorwartszweig der Regelschleife eine Filterung über ein Verzögerungsglied (6) 1. Ordnung mit einer Fiiterzoftkonstantein addition, in the forward branch of the control loop, filtering is effected via a first-order delay element (6) with a filter constant
vorgenommen wird.is made.
In einer Ausgestaltung der Erfindung boträgt die Konstante K, die vorn verwendeten Optimierungsverfahren abhängt, für die erweiterte stochastisch optimale Einstellung K » \/2 und für das symmetrische OptimumIn one embodiment of the invention, the constant K, which depends on the optimization methods used in the past, provides for the extended stochastically optimal setting K and for the symmetrical optimum
K = -pt .K = -pt.
I2 : 'I 2 : '
in einer weiterem Ausgestaltung der Erfindung wird die Resonanzüberhöhung der Eigenfrequenz der Torsionsschwingung der drehclastischen Mechanik nach der BeziehungIn a further embodiment of the invention, the resonance peak of the natural frequency of the torsional vibration of the rotary-mechanical mechanism according to the relationship
rm * 2d. Ir m * 2d. I
Tn,T n ,
= y< 1 - — )a + ( — 2d« )" == y <1 - -) a + (- 2d «)" =
Tr T r
ermittelt.determined.
tr - die Rückführzoitkonstante des Regleret r - the feedback ozone constant of the controller
d, - der Dämpfungsfaktor der Eigenfrequenz der Torsionsschwingung der drehelastischen Mechanik.d, - the damping factor of the natural frequency of the torsional vibration of the torsionally elastic mechanism.
der bisherigen Standsoiten der mittels drehzahlgoregelter elektrischer Antriebsregelkrei»a angetriebenen drehelastischenmechanischen Systemolamente, wie Kupplungen, Getriebe und Wellen, führt.the previous Standsoiten the means of speed-controlled electrical Antriebsregelkrei »a driven torsionally elastic mechanical systemolamente, such as clutches, gears and shafts leads.
und der Regelstrecke 2; 3; 4 und 5, worin 4 und 5 die drehelastische Mechanik eines Zweimassensystems darstellen, mit derand the controlled system 2; 3; 4 and 5, wherein 4 and 5 represent the torsionally elastic mechanism of a two-mass system, with the
mathematischen Beschreibung der Übertragungsfunktion.das Reglersmathematical description of the transfer function. the regulator
F„(p) = '- (1)F "(p) = '- (1)
und der Übertragungsfunktion der Regelstrecke 2; 3 undand the transfer function of the controlled system 2; 3 and
Tm T m
Vs * p~ VV s * p ~ V
<l+pT„> pTn<1 + pT "> pTn
wobei die drehelastische Mechanik durch die Blöcke 4; 5 mit der multiplikation Erginzungsfunktion für die Ermittlung der Motordrehzahlwherein the torsionally elastic mechanism through the blocks 4; 5 with the multiplication Erginzungsfunktion for the determination of the engine speed
p-- <1 + 2d<.wT*p ♦ T*Äp=> Vp-- <1 + 2d <. w T * p ♦ T * Ä p => V
H'<p) · (3)H '<p) · (3)
<H-p--> α + 2d.wT.p + T.apa) V<Hp -> α + 2d. w Tp + T. a p a ) V
und einer multiplikstivon Ergänzungefunktion für die Ermittlung der Lastdrehzahland a multiplicative complement function for determining the load speed
fji_ 1 + 2d*T*p U0' β __ = (4)fji_ 1 + 2d * T * p U 0 ' β __ = (4)
ÜM 1 + 2d^wT^p +T^=pa dargestellt wird.Ü M 1 + 2d ^ w T ^ p + T ^ = p a is shown.
eine Regelstrecke mit drehelastischer Mechanik, verwendeten Pl-Reglers bei linearer und bei eindeutig stetiger nichtlinearerdrohzahlabhiängigor Belastung zwei Anpassungsberaiche gibt, je nachdem, ob die TorsionseigenfrequeniJ, innerhalb odera controlled system with torsionally elastic mechanics, used Pl-controller with linear and with clearly steady nonlinearerdrohzahlabhiängigor load two Anpassungsberaiche are, depending on whether the TorsionseigenfrequeniJ, within or
außerhalb dos Regelbereiches fn des drehzahlgeregelten Antriebes liegt.outside the control range f n of the speed-controlled drive is.
9.ogt die 2igonfroquonz f, auPerhalb des Irehzahlregelbereiches fn *f. > U. so erfolgt die parameteroptimale Einstellung des9.Dog the 2igonfroquonz f, outside the speed control range f n * f. > Thus, the parameter-optimal setting of the
2 * T1,,2 * T 1 ,,
V_ /eiV_ / ei
η ~ IDJ η ~ IDJ
V© * Tr und der RückführzeitkonstantenV © * Tr and the feedback time constant
x - im x - im
ν Γ* —* — — — — β ν Γ * - * - - - - β
mit der Voraussetzung, daßwith the proviso that
---- - ίο * τ. η/-:· leti ---- - ίο * τ. η / -: · leti
wobei ein zusätzliches, vorteilhaft hinter dem Regler 1, im Vorwärtszweig der Regelschleife angeordnetes Filter in Form eines Verzögerungsgliedes 1. Ordnung β {Fig. 2) mit der Filterzeitkonstantewherein an additional, advantageously behind the controller 1, arranged in the forward branch of the control loop filter in the form of a delay element 1st order β {Fig. 2) with the filter time constant
Tt-K«T,«VR7 (7)Tt-K «T,« VR7 (7)
eingefügt wird. is inserted.
Aus diesen Bedingungen wird ersichtlich, daß bei f. > f„ eine stabile mit geringster Torsionswechselbeanspruchung arbeitende Regelung dann erreicht wird, wenn im Regelkreis, vorteilhaft hinter dem Regler 1 angeordnet, ein zusätzliches Filter in Form eines Verzögerungsgliedes 1. Ordnung β verwendet wird, auf dessen Zeitkonstante die bisher bekannten Optimisrungsvorschriften für PI-Regler eingestellt werden. Die Zeitkonttante det Filtert telbtt wird dabei nach einem Algorithmus ausgewählt, der von der Resonanzüberhöhung R, der Tortionteigenfrequenz der gefettelten Zeitkonttanten der Torsionsschwingung sowie von einer Konitanten K abhängig ist. Dabei berechnet tich die Resonanzüberhöhung nachFrom these conditions it can be seen that at f. > f "a stable operating with the lowest torsional stress control is achieved when in the control loop, advantageously arranged behind the controller 1, an additional filter in the form of a delay element 1st order β is used, on the time constant, the previously known Optimisrungsvorschriften for PI controller be set. The Zeitkonttante det Filtert telbtt is thereby selected according to an algorithm that is dependent on the resonance peak R, the Tortionteigenfrequenz the greased Zeitgttanten the torsional vibration and a Konitanten K. In doing so, the resonance increase is calculated
T TT T
T-, * 2d_ I TM TM T - , * 2d_ IT M T M
RQ |}< 1 )=R Q |} <1) =
Die Konstante K ist vom bisher vorgesehenen Optimierungevorfahren abhängig. Für die erweiterte ttochattitch optimale Einstellung wird K - V2 und für daa symmetrische Optimum wirdThe constant K depends on the previously planned optimization procedure. For the advanced ttochattitch optimal setting will be K - V2 and for that symmetric optimum
K «* q=^· gesetztK «* q = ^ · set
|2 | 2
Die Erfindung hat nicht nur die Bedeutung für Zweimassensysteme, sondern auch für Drei- und Mehrmattentytteme, da diese sich in den meisten Fällen auf Zweimassensysterne zurückführen lasten.The invention has not only the meaning for two-mass systems, but also for three- and Mehrmattentytteme, as these are attributed in most cases to two-mass systems.
Claims (4)
Y- T
Y-
ist. , , torsionally elastic mechanics
is. ,,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD34438987A DD298575A5 (en) | 1987-04-15 | 1987-04-15 | METHOD FOR PARAMETER-OPTIMAL ADJUSTMENT OF A PI-REGULATOR USED BY A STRUCTURAL-IMPROPER ADJUSTMENT OF THE REGULATOR TO THE CONTROL RANGE FOR TRANSMISSION-LOADED MECHANICAL ACTUATORS |
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Publications (1)
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DD298575A5 true DD298575A5 (en) | 1992-02-27 |
Family
ID=5620602
Family Applications (1)
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DD34438987A DD298575A5 (en) | 1987-04-15 | 1987-04-15 | METHOD FOR PARAMETER-OPTIMAL ADJUSTMENT OF A PI-REGULATOR USED BY A STRUCTURAL-IMPROPER ADJUSTMENT OF THE REGULATOR TO THE CONTROL RANGE FOR TRANSMISSION-LOADED MECHANICAL ACTUATORS |
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DD (1) | DD298575A5 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0797133A1 (en) * | 1996-03-18 | 1997-09-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Optimal torsional control of an electrical speed controlled drive, characterised by rotation-elastic mechanical properties, using a PI-controller |
-
1987
- 1987-04-15 DD DD34438987A patent/DD298575A5/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0797133A1 (en) * | 1996-03-18 | 1997-09-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Optimal torsional control of an electrical speed controlled drive, characterised by rotation-elastic mechanical properties, using a PI-controller |
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