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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum geregelten Betreiben einer
Webmaschine, welche Webmaschine zumindest ein Webblatt und ein Schussfadeneintragsystem
umfasst und wobei die Webmaschine über geeignete Mittel mit einer
Fachbildemaschine verbindbar ist, wobei im Falle der Verbindung die
Fachbildemaschine Bestandteil der Webmaschine ist und wobei die
Webmaschine von wenigstens einem Elektromotor angetrieben wird,
dessen Läufer über geeignete
Mittel mit einer als Hauptantriebswelle bezeichneten Welle der Webmaschine
verbunden ist und wobei die Welle im laufenden Betrieb eine endlos
rotierende Bewegung ausführt
und wobei ferner der wenigstens eine Elektromotor Bestandteil der Antriebseinheit
der Webmaschine ist, welche Antriebseinheit Mittel umfasst, um den
wenigstens einen Elektromotor mit im Wert und/oder der Frequenz unterschiedlichen
elektrischen Strömen
zu betreiben.
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Die
Fachbildemaschine kann insbesondere eine Exzentermaschine, eine
elektronische Schaftmaschine oder eine Jacquardmaschine sein.
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Der
wenigstens eine Elektromotor ist Bestandteil der Antriebseinheit
für die
Web- und gegebenenfalls für
die Fachbildemaschine, wobei die Antriebseinheit Mittel umfasst,
um den Motor stromgesteuert oder -geregelt und/oder momentengesteuert oder
-geregelt und/oder drehzahlgeregelt und/oder lagegeregelt zu betreiben,
wobei ferner die Antriebseinheit bei mehr als einem Elektromotor
Mittel umfasst, um die Motore strom- und/oder momenten- und/oder drehzahl-
und/oder lagesynchron zu führen, wobei Übersetzungsstufen
für den
Fall vorgesehen sind, dass die Motorläufer jeweils mit Webmaschinenkomponenten
unterschiedlicher Bewegungsabläufe
verbunden sind. Die Elektromotore sind rotative Elektromotore und
die Webmaschinenkomponenten, mit denen sie jeweils verbunden sind,
führen
im Webbetrieb eine endlos rotierende Bewegung aus, so dass der Unterschied
in den Bewegungsabläufen zwischen
den Komponenten jeweils mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis beschrieben
werden kann.
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Zwischen
Motorenläufer
und der jeweils mit ihm verbundenen Webmaschinenkomponente befindet
sich in bevorzugter Ausführung
keine schaltbare Kupplung.
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Eine
typische Bauweise ist eine Webmaschine mit einer Hauptantriebswelle,
von deren endlos rotierender Bewegung aus über geeignete Mittel eine Umsetzung
auf die Verschwenkbewegung des Webblattes erfolgt.
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Erfolgt
der Schussfadeneintrag mittels Greifer, so ist deren Bewegung über geeignete
Mittel von der vorgenannten Hauptantriebswelle abgeleitet.
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Ist
eine Fachbildemaschine, wie beschrieben, Bestandteil der Webmaschine,
so ist auch die Bewegung der Fachbildemittel über geeignete Mittel von der
vorgenannten Hauptantriebswelle abgeleitet.
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Mit
der vorgenannten Hauptantriebswelle ist der wenigstens eine Elektromotor
in bevorzugter Ausführung über geeignete
Mittel starr verbunden, wobei ein solches Mittel eine starre Kupplung
sein kann, wobei auch elastische Kupplungen zum Ausgleich von axialem
und/oder radialem Versatz hier als starr betrachtet werden.
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Aufgrund
der nicht endlos rotatorisch erfolgenden Bewegungen, insbesondere
des Webblattes, des Greifersystems zum Schusseintrag und der Fachbildemittel,
addiert sich beim auf die Hauptantriebswelle bezogenen Massenträgheitsmomentenverlauf
auf einen Konstantanteil ein Verlauf auf, der sich durch die Bewegungsprofile
der nicht endlos rotatorisch bewegten Komponenten sowie durch die dabei
bewegten Massen bzw. Massenträgheiten
dieser Komponenten ergibt.
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Das
veränderliche
Massenträgheitsmoment bedingt,
insbesondere bei einem Antriebsystem ohne Schaltkupplung und ohne
zusätzlich
vorgesehene Schwungmassen, eine besondere regelungstechnische Betrachtung.
Eine Drehzahlregelung mit konstantem Sollwert versucht den Istwert
stets und ständig
dem Sollwert anzupassen. Das veränderliche Massenträgheitsmoment
begründet
aber die Tendenz der Webmaschine, die Drehzahl entsprechend einer
konstanten Rotationsenergie zu verändern. Der Regler muss also,
um die Ist-Drehzahl konstant zu halten, in wechselnder Folge der
Webmaschine viel Energie zuführen
und ihr wieder entziehen, ohne dass damit ein grundsätzlicher
technologischer Nutzen verbunden wäre. Lediglich die Antriebseinheit muss
zur thermischen Beherrschung der dabei hohen Energieverluste sehr
groß dimensioniert
werden, was ein erheblicher Kostenpunkt ist. Der Fakt des veränderlichen
Massenträgheitsmomentes
ist in zahlreichen Veröffentlichungen
Gegenstand der Betrachtung; es seien beispielhaft die
EP 1 032 867 B1 , die
DE 101 49 756 A1 und
die
DE 100 61 717
A1 genannt. Auch für
die steuerungs- bzw. regelungstechnische Führung von Webmaschinen mit
periodisch veränderlichem
Massenträgheitsmoment
werden im Stand der Technik durch die
EP 1 032 867 B1 und die
DE 101 49 756 A1 Lösungen angeboten.
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In
der
EP 1 032 867 B1 wird
die Webmaschine beim Start, im laufenden Betrieb, sowie beim Stillsetzvorgang
durch zuvor ermittelte Drehmomentensollwerte geführt. Für Start und Stillsetzvorgang
wird zudem der drehzahlgeregelte Betrieb vorgeschlagen, wobei der
Drehzahlsollwert einem zuvor aufgezeichneten „natürlichen" Ist-Drehzahlverlauf entspricht, wobei „natürlich" im Verhältnis zu
den Schwankungen des auf die Hauptantriebswelle bezogenen Massenträgheitsmomentes
meint.
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Für den laufenden
Betrieb wird nach der abgeschlossenen Startphase auf o.g. Führung über vorab
bestimmte Drehmomentensollwerte umgeschaltet.
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Da
die Auswahl des vorzugebenden Drehmomentensollwertes neben einem
für die
jeweilige Anwendung als geeignet herausgefundenen Drehmomentenverlaufes
von der erfassten Ist-Drehzahl abhängt, kann durchaus von einem
Drehzahlregler gesprochen werden, der jedoch hinsichtlich des unterlagerten
Drehmomenten- bzw. Stromreglers noch ganz bestimmte Vorgaben berücksichtigt,
indem er sich an o.g. als geeignet heraus gestellten Drehmomentenverlauf
orientiert.
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Nachteilig
an dem Verfahren ist besonders, dass sehr viele Daten abgelegt werden
müssen.
Dies verschärft
sich noch, da bei Mustern für
jeden Webzyklus des Rapportes hinsichtlich Drehzahl- und Drehmomentenverläufe, insbesondere
für Start-
und Stillsetzphase separate Daten abgelegt werden müssen. Die
Datenhaltung beansprucht mit ihren umfangreichen Tabellen viel Speicherplatz,
das Auslesen von Daten aus entsprechend großen Tabellen ist – bei vergleichbarer
Leistungsfähigkeit
der Prozessortechnik – mit
einem größeren Zeitbedarf
als bei der Momentenermittlung durch einen normalen PI- oder PID-Regler
verbunden und diese Verzögerung kann
bei den hochdynamischen Vorgängen
bei Start und Stillsetzung und auch beim in der
EP 1032867 nicht behandelten Drehzahlwechsel
zu Abweichungen vom Idealverhalten führen, so dass insbesondere
die Gefahr von sogenannten Anlaufstellen im Gewebe beim Start besteht.
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Für jede Maschinenkonfiguration
(anderer Typ, andere Nennbreite, andere Fachbildeeinheit, andere
Schaftart- und Anzahl etc.) sowie noch einmal unabhängig davon
für jedes
neue zu webende Muster müssen
die geeigneten Werte neu ermittelt werden.
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Dies
ist bei diesem Konzept sehr aufwendig, das System muss sich, sofern
selbstlernend, an die gewünschte
Momentenverlaufsform herantasten oder ein Bediener muss die Optimierung
vornehmen, bis die systembedingt notwendige hohe Menge der zu verwaltenden
Daten bestimmt ist.
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Benötigt man
bei anlaufstellenempfindlichem Gewebe sehr präzise Hochläufe, so ist die Neuermittlung
auch schon erforderlich, wenn z.B. über einen kleineren oder einen
größeren Drehwinkelbereich gestartet
werden soll. Denn bei einem kleineren Hochlaufdrehwinkelbereich
reduziert sich die Verlustenergie in der Webmaschine, bei einem
größeren steigt
sie an. D.h. eine Drehmomentenumrechnung nach den physikalischen
Gesetzen des verlustfreien Systems führt zu Ungenauigkeiten, die
den Hochlaufvorgang verfälschen
und Anlaufstellen im Gewebe verursachen können. Auch das vorgeschlagene
Lernen des Drehzahl-Istverlaufes muss bei Änderung des Startwinkels neu
erfolgen. Denn die Drehzahl ist getriebebedingt eine Funktion des
Winkels; eine Startwinkeländerung
verschiebt also den zugrunde gelegten Winkelbereich, also den Abszissenbereich. Zudem
sind die Drehzahlistwerte von der Fachbildebewegung abhängig, je
Applikation müssen
bei präzisem
Vorgehen Ns verschiedene Istwertverläufe abgelegt
werden.
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Als
ein weiterer Nachteil der beschriebenen Drehmomentenvorgabe ist
darin zu sehen, dass aus Kostengründen zumeist keine Drehmomenten-Istwerterfassung
vorgesehen ist, statt dessen der Strom-Istwert für eine Stromregelung genutzt
wird. Bei den allermeisten Motorentypen ist der Quotient aus Drehmoment
und Strom schon Toleranzen von Motor zu Motor ein- und derselben
Bauart unterworfen; er ist ferner mit Ständer- und Läufertemperatur sowie mit der
Drehzahl veränderlich.
D.h. es kann ohne Erfassung des Drehmomenten-Istwertes ein falscher
Wert vorgegeben werden, wodurch kurz- oder auch langlebige Abweichungen
in der Drehzahl auftreten können.
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Die
DE 101 49 756 A1 ist
eine Modifikation von der
EP
1 032 867 B1 , dahin gehend, dass zum Zweck der Verringerung
der Drehzahlschwankungen von der in
EP 1 032 867 B1 angestrebten Maschinenführung im
laufenden Betrieb mit näherungsweise konstantem
Drehmoment abgewichen wird.
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In
Phasen zunehmender Drehzahl wird hierbei die Energiezuführung unterbrochen;
in Phasen abnehmender Drehzahl ist die Energiezufuhr um so größer. Dieses
Verfahren besitzt dieselben Nachteile wie das nach
EP 1 032 867 B1 . Unter Umständen müssen aufgrund
der notwendigen Erzeugung der besonderen Drehmomentenverlaufsformen über dem
Maschinendrehwinkel noch mehr Daten vorgehalten und noch mehr Vorab-Tests mit der jeweiligen Maschinen-Konfiguration
und der webtechnischen Applikation durchgeführt werden, um zu entscheiden, ob
und mit welchen genauen Einstellungen das Verfahren nach
DE 101 49 756 A1 an
Stelle des nach
EP 1
032 867 B1 verwendet wird.
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Sowohl
in
EP 1 032 867 B1 als
auch in
DE 101 49
756 A1 sind weiterhin keine Lösungen für den Fall angegeben, wenn
mit der Drehzahl zu Abschluss des Anlaufvorganges zwar der zuvor
festgelegte Wunschwert getroffen wird, aber im Gewebe dennoch eine
Anlaufstelle auftritt.
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Aus
der
DE 28 28 556 A1 ist
ein Verfahren bekannt zur Betätigung
eines Webstuhls mit geregeltem Antrieb mit einer den beweglichen
Organen des Webstuhls kinetische Energie übertragenden Hauptwelle mit
einem Motor, der während
seines Betriebs aufgrund eines kinetischen Parameters gesteuert wird.
Als kinetische Parameter sind die Winkelgeschwindigkeit und die
Beschleunigung der Hauptwelle genannt. Die
DE 28 28 556 A1 beschreibt
auch, dass in der Gesamtbehandlung der Energiebilanz eines Webstuhls
die Rückführung aller
beweglichen Massen und aller an diese Massen angelegten Kräfte auf
die Hauptantriebswelle vorzunehmen ist. Die Schrift sagt nichts
darüber
aus, wie eine derartige Energiebilanz im laufenden Betrieb einer
Webmaschine genutzt werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum geregelten
Betreiben einer Webmaschine mit einer Reglerstruktur anzugeben,
die mit einer wesentlich geringeren Datenhaltung als aus dem Stand
der Technik bekannt, auskommt, geringere Verzögerungszeiten aufweist, sich
mit weitaus geringerem Aufwand selbst optimieren kann und weniger
empfindlich auf Veränderungen
des Hochlaufdrehwinkelbereiches sowie auf Streuungen und betriebsbedingte
Veränderungen
des Quotienten aus abgegebenem Motordrehmoment und hierzu aufgenommenen
Strom reagiert.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
zum geregelten Betreiben der Webmaschine die kinetische Energie
derselben als Führungsgröße (Soll-Wert)
verwendet wird, die in Abhängigkeit
zur geforderten Drehzahl der Webmaschine steht und dass als Regelgröße (Istwert)
der Istwert der kinetischen Energie der Webmaschine verwendet wird,
der aus dem auf die Hauptantriebswelle oder eine mit der Hauptantriebswelle
mit konstanter Übersetzung
umlaufenden Welle bezogenen Massenträgheitsmoment und der auf die
selbe Welle bezogenen Ist-Drehzahl beim gleichen Drehwinkel bzw. gleichem
Zeitpunkt ermittelt wird und dass entsprechend der Abweichung zwischen
dem Sollwert und dem Istwert die Stromzuführung zu dem wenigstens einen
Elektromotor verändert
wird.
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Im
Sinne der nachfolgend offenbarten Erfindung wird unter einem Webzyklus
der Bewegungsablauf von einem Blattanschlag zum nächstfolgenden verstanden,
wobei der Blattanschlag das Ende der Blattbewegung zum fertigen
Gewebe hin bedeutet. Wird vom Blattanschlag des Webzyklus gesprochen, so
ist immer der Blattanschlag gemeint, mit dem der betreffende Webzyklus
endet.
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Wenn
im Folgenden in der Beschreibung vom Massenträgheitsmoment der Webmaschine
gesprochen wird, so ist immer, wenn nicht ausdrücklich anders ausgewiesen,
der auf eine Welle W2π bezogene
Verlauf gemeint, wobei W2π während eines Webzyklus
einen Drehwinkelbereich αZyklus_voll von 2π bzw. 360° überstreicht. W2π kann dabei
die Hauptantriebswelle oder eine mit dieser in konstanter Übersetzung
umlaufende reale oder virtuelle Welle sein.
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Es
sei aber darauf hingewiesen, dass sich die behandelten mechanischen
Größen Massenträgheitsmoment,
Drehzahl, kinetische Energie, Drehwinkel auch auf jede andere mit
W2π in konstanter Übersetzung
umlaufende reale oder virtuelle Welle beziehen lassen. Zum einfacheren
Verständnis
wird aber mit W2π als
Bezugswelle gearbeitet.
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Abgesehen
von der Bewegung der Fachbildemittel ist der Verlauf des Massenträgheitsmomentes über dem
Drehwinkel immer ein periodischer Verlauf, dessen Periodendauer
im Regelfall dem während
eines Webzyklus überstrichenen
Drehwinkelbereich αZyklus_voll entspricht. Bei sogenannten Frottiermaschinen
kann die Periodendauer NF·αZyklus_voll betragen,
mit NF > 1
und natürlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ist dort genauso anwendbar.
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Die
Fachbildemittel, wie Schäfte,
Platinen und ansteuernde Getriebestufen, wie Unterzüge, die ebenfalls
ihre Bewegungsbahn nicht endlos in gleicher Richtung durchlaufen,
wirken je nach Applikation; die Periodendauer des Massenträgheitsmomentverlaufes
ist dann im Regelfall = NS·2π wobei NS
die Anzahl der Zyklen eines Rapports, also einer Musterperiode des
Gewebes ist. Bei Frottiermaschinen ist der Quotient NS :
NF ≥ 1
und natürlich.
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Wenn
im Folgenden von Drehzahl gesprochen wird, ohne dass ausgewiesen
ist, dass es sich um den Istwert handelt, so ist die geforderte
Drehzahl gemeint, welche sich, s. zuvor, auf die Welle W2π bezieht.
Der Istwert der Drehzahl pendelt, maßgeblich durch die Getriebecharakteristik
bestimmt, bei Dauerbetrieb mit konstanter geforderter Drehzahl um
diese geforderte Drehzahl und entspricht, abzüglich einer ggf. bleibenden
Regelabweichung, dieser geforderten Drehzahl.
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Bei
der Erfassung der Istdrehzahl kann es z.B. durch Einkopplungen auf
dem Übertragungsweg zu
Störungen
kommen, die die erfassten Istdrehzahlwerte bzw. -verläufe beeinträchtigen.
Man spricht dann auch oft davon, dass der erfasste Wert bzw. Verlauf
rauschbehaftet ist. Um den tatsächlichen Wert
bzw. Verlauf zumindest in sehr guter Näherung zu bekommen, ist bekannt,
Filter für
Störfrequenzen oder
Mittelwertbildner über
kleine Bereiche zu verwenden. Sie werden deshalb auch hier als bekannt vorausgesetzt,
da sie oft sogar standardmäßig in technischen
Applikationen eingesetzt werden.
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Wird
der Begriff Energie verwendet, ist damit die kinetische Energie
gemeint; ebenso sind Verlustenergie bzw. Energieverluste immer so
bezeichnet. Andere Energieformen spielen keine Rolle.
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Zur
Minimierung der Baugröße der Antriebseinheit
und zur Minimierung der Energieverluste und damit zur Reduzierung
der thermischen Belastung von Antriebseinheit, von Webmaschine,
von Gewebematerial und des die Webmaschine umgebenden Raumes wird
angestrebt, in die Webmaschine ein praktisch konstantes Drehmoment
einzuspeisen, was einer annähernd
konstanten kinetischen Energie der Webmaschine bei konstanter Drehzahl
entspricht.
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D.h.
der Sollwertverlauf kann in einfacher Weise vorgegeben werden. Für den laufenden
Betrieb mit konstanter Drehzahl kann dieser Sollwert ebenfalls ein
Konstantwert sein; damit stellt sich ein energiekonstanter Betrieb
ohne weiteren Optimierungsaufwand von selbst ein. Für den Start,
die Stillsetzung und den Drehzahlwechsel der Webmaschine kann der
Sollwertverlauf z.B. als Rampe über
dem Maschinendrehwinkel erfolgen, deren Ordinaten-Endpunkt der vorgenannte
Konstantwert der Energie sein kann. Der Sollwertverlauf kann auch
als sin2-Verlauf über dem Maschinendrehwinkel
dargestellt sein, dessen Ordinaten-Endpunkt der vorgenannte Konstantwert
der Energie ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sollwertverlauf während der
Startphase der Webmaschine auch so geführt werden, dass er nicht zum
Ende des Webzyklus, in dem der Start beginnt, genau an den Konstantwert
oder den Verlauf anschließt,
welcher für den
laufenden Betrieb mit der geforderten Drehzahl als Sollwert dient,
sondern dies erst später
tut, wobei in der Startphase grundsätzlich beliebige Verläufe möglich sind.
So kann der Sollwert der kinetischen Energie in einem oder in mehreren
Drehwinkelbereichen oder Drehwinkelpunkten während der Startphase auch über dem
Konstantwert bzw. den Werten des Verlaufes liegen, welcher für den laufenden
Betrieb mit der geforderten Drehzahl als Sollwert dient. Das bedeutet,
dass in der Startphase, so z.B. vor dem ersten Blattanschlag, auch
auf Überdrehzahl
gefahren werden kann. Durch diese Gestaltbarkeit der Drehzahl über den
Verlauf des Energie-Sollwertes während
der Startphase ist eine Möglichkeit
der Anlaufstellenbeseitigung im Gewebe für den Fall gegeben, dass mit
der Drehzahl zu Abschluss des Startvorganges zwar der zuvor festgelegte
Wunschwert getroffen wird, aber im Gewebe dennoch eine Anlaufstelle
auftritt. D.h. der Energie-Sollwert wird entsprechend eines neuen
Drehzahl-Wunschwertes
umgerechnet. Dieses Vorgehen ist auch beim Drehzahlwechsel, d.h. beim
Wechsel auf eine neue Drehzahl und im Prinzip auch für das Stillsetzen
der Webmaschine anwendbar, weil das Stillsetzen nichts anderes als
ein Drehzahlwechsel auf die geforderte Drehzahl 0 ist.
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Trotzdem
ist keine umfangreiche Datenhaltung notwendig. Die Datenmenge besteht
zum einen aus dem Sollwert-Verlauf der kinetischen Energie; dieser
Verlauf wird entsprechend den Erfordernissen modifiziert. Die Datenmenge
braucht dabei nicht erhöht
zu werden. Zum anderen besteht die Datenhaltung aus dem über dem
Drehwinkel abgelegten Verlauf des Massenträgheitsmomentes. Das Webblatt und
das ggf. mechanische Schusseintragssystem gehen dabei im Regelfall
Webzyklus für
Webzyklus in gleicher Weise in den Verlauf ein. Dies gilt qualitativ auch
für die
Fachbildemittel und die sie ansteuernde Getriebestufen, wie Unterzüge, die
ebenfalls ihre Bewegungsbahn nicht endlos in gleicher Richtung durchlaufen.
Quantitativ wird der Einfluss der Fachbildemittel und der vorgenannten
Getriebestufen durch das Webmuster bestimmt, d.h. welche und wie viele
Fachbildemittel bewegt werden müssen.
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Um
die zu verwaltende Datenmenge für
das Massenträgheitsmoment
dennoch gering zu halten, wird erfindungsgemäß der qualitative, mit bestimmten
quantitativen Werten abgelegte Verlauf je Bewegung der Fachbildemittel
mit einem Faktor beaufschlagt. Auch kann aus wenigen Wertepaaren
(Drehwinkelpunkt und Massenträgheitsmoment
in diesem Drehwinkelpunkt) mit einem Polynom entsprechender Ordnung
der Verlauf des Massenträgheitsmomentes
gut mathematisch beschrieben werden. So ist die Datenhaltung am
geringsten.
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Soll
für den
Start und/oder den Stopp und/oder den Drehzahlwechsel der dabei
zu überstreichende
Drehwinkelbereich geändert
werden, so wird der Sollwert-Verlauf einfach auf diesen Drehwinkelbereich
umgerechnet ohne dass dabei Verfälschungen
durch einen veränderten
Einfluss der Verluste zu erwarten sind.
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Allgemein
ist das erfindungsgemäße Verfahren
unempfindlich gegen den Einfluss der Verluste sowie deren Veränderung
bei Maschinenerwärmung; ebenso
ist das erfindungsgemäße Verfahren
unempfindlich gegen Streuungen und Veränderungen des Quotienten aus
abgegebenem Wellendrehmoment je Motor und dem hierzu vom Motor aufgenommenen Strom.
Denn die Regelung erfolgt auf das geforderte Niveau der Bewegungsenergie
der Webmaschine und des Elektromotors; das hierzu jeweils erforderliche
Drehmoment bzw. der hierzu jeweils erforderliche Strom stellt sich
entsprechend ein.
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Eine
geeignete Modifikation des Regelungskonzeptes sieht vor, dass außer der
kinetischen Energie auch die Drehzahl als Sollwert Anwendung findet,
wobei der Drehzahlsollwert als Abszisse den Drehwinkel aber auch
die Zeit haben kann, und wobei die Ausgänge von Energie- und Drehzahlregler, jeweils
nach Multiplikation mit einem Faktor additiv verknüpft sind,
wobei zwischen der Wirksamkeit der beiden Regler nach einer fest
vorgegebenen oder wählbaren
Charakteristik umgewichtet werden kann. Dies ist sinnvoll, da nach
Abschluss der Phase des Starts bzw. des Drehzahlwechsels die Webmaschine mit
einer konstanten Drehzahl arbeiten soll und dies praktisch mit konstanter
Bewegungsenergie, wodurch keine nennenswerten dynamischen Forderungen
an die Regelung gestellt werden. Statt des Energiereglers zur Ermittlung
des Energie-Istwertes reicht hierfür auch der zur Istwert-Bereitstellung
aufwandsärmere
Drehzahlregler. Der Drehzahl-Sollwert kann als ein der geforderten
Drehzahl entsprechender Konstantwert vorgegeben werden. Die Drehzahlschwankungen,
entsprechend des energiekonstanten Betriebes, werden bei Verwendung
eines PI-Reglers
durch entsprechend kleine Faktoren für den P- und den I-Anteil praktisch
am Reglerausgang nicht wirksam, da sie eine in schneller Folge stattfindende Oszillierung
um die geforderte Drehzahl darstellen, also nicht als langfristige
Abweichung mit gleichem Vorzeichen vom Sollwert auftreten.
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Wichtig
ist der stoß-
und schwingungsarme Wechsel von Energie- auf Drehzahlregler, um
Fehler im Gewebe durch vom gewollten Verhalten abweichende starke
Blattanschläge
zu vermeiden. Dieser stoß-
und schwingungsarme Wechsel kann einerseits durch sanften Übergang
bei der Wichtung von Energie- auf Drehzahlregler erreicht werden,
andererseits auch durch einen harten Wechsel, wenn der Drehzahlregler
als PI-Regler ausgeführt
ist und der Ausgangswert des I-Anteiles mit der Umschaltung, d.h.
im Umschaltpunkt, auf einen Wert gesetzt werden kann. Dieser Wert
kann in verschiedener Weise bestimmt sein.
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So
kann z.B. der Ausgangswert des Energiereglers im Umschaltpunkt,
reduziert um die mit dem P-Wert des Drehzahlreglers multiplizierte
Soll-Ist-Differenz der Drehzahl in diesem Punkt, genutzt werden.
Dann beginnt der Drehzahlregler genau mit dem Ausgangswert, den
der Energieregler im Umschaltpunkt hatte.
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Eine
andere Möglichkeit
den Setzwert für den
Ausgang des I-Anteiles des Drehzahlreglers zu bilden, besteht darin,
dass ein aus dem Soll-Energieverlauf für Webmaschine inklusive Elektromotor
unter der Annahme eines verlustfreien Verhaltens von Webmaschine,
Elektromotor und Webprozess sowie potentieller Energie = 0 hergeleitetes
mittleres Beschleunigungs-Drehmoment mit einem tatsächlich benötigten mittleren
Beschleunigungs-Drehmoment verglichen wird.
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Hinweise:
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Webprozessverluste
entstehen z.B. durch Wirkarbeit im Gewebe sowie das Auslenken der
Kettfäden
zur Bildung des Webfaches.
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Unter
den Annahmen der Verlustfreiheit und des Fehlens potentieller Energie
liefert das Intergral des Drehmoments über dem Winkel die kinetische Energie.
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Ein
Zwischenweg zwischen einerseits dem sanften Übergang bei der Wichtung von
Energie- auf Drehzahlregler und andererseits dem harten Wechsel
besteht in der stufenweisen Veränderung
der Wichtungsfaktoren, wobei der I-Anteil des Drehzahlreglers mit
Beginn jeder neuen Stufe auf einen vorbestimmten Wert gesetzt wird.
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Vorstehend
wurde bereits beschrieben, wie die zu veraltende Datenmenge für das Massenträgheitsmoment
auch bei musterabhängigen
Wechseln der Fachbildemittel, d.h. welche und wie viele Fachbildemittel
bewegt werden, gering gehalten werden kann. Der qualitative, mit
bestimmten quantitativen Werten abgelegte Verlauf je Bewegung der
Fachbildemittel wird entsprechend konkreter Information über die
Fachbildemittelbewegung mit einem Faktor beaufschlagt. Auch kann
aus wenigen Wertepaaren (Drehwinkelpunkt und Massenträgheitsmoment
in diesem Drehwinkelpunkt) mit einem Polynom entsprechender Ordnung
der Verlauf des Massenträgheitsmomentes
mathematisch beschrieben werden. So ist die Datenhaltung am geringsten.
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Eine
weitere erfinderische Maßnahme
erlaubt zudem Start, Drehzahlwechsel und Stillsetzung der Webmaschine
unter Nutzung eines Energiereglers ohne Auswertung der Musterinformationen.
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Bekannt
sein hierzu muss a) der über
dem Drehwinkel bestehende Verlauf des Massenträgheitsmomentes ohne Einfluss
der Fachbildemittel und der sie ansteuernden Getriebestufen, wie
Unterzüge,
die ebenfalls ihre Bewegungsbahn nicht endlos in gleicher Richtung
durchlaufen.
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Bekannt
sein hierzu muss ferner b) der über dem
Drehwinkel bestehende qualitative Verlauf des Massenträgheitsmomentes
der Fachbildemittel und der sie ansteuernden Getriebestufen, wie
Unterzüge, die
ebenfalls ihre Bewegungsbahn nicht endlos in gleicher Richtung durchlaufen.
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Der
erste und ggf. einzige Webzyklus einer Startphase sei mit n bezeichnet.
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Die
Webmaschine befinde sich im laufenden Betrieb mit einer konstanten
geforderten Drehzahl w.
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Vor
dem physikalischen Einleiten eines Stillsetzvorganges wird die Ist-Drehzahl
in wenigstens einem Drehwinkelpunkt und/oder wenigstens einem Drehwinkelbereich
im Bereich des Wechsels vom Webzyklus n-1 auf den Webzyklus n erfasst,
wobei besagter Bereich so gewählt
ist, dass die Fachbildebewegung im Zuge des Übergangs vom Webzyklus n-1
auf den Webzyklus n bereits begonnen hat. Vorzugsweise erfolgt die
Erfassung dann, wenn der oder die gewollte(n) Erfassungspunkt(e)
bzw. Erfassungsbereich(e) letztmalig vor dem physikalischen Einleiten
des Stillsetzvorganges durchlaufen werden.
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Beispiel:
Es gibt genau einen Erfassungspunkt αn-1_erfass und
der liege im Webzyklus n-1 und genau dort, wo der Fachschluss ist;
bei einem Webzyklus von 0 ... 360° beispielsweise
bei 330°.
Die physikalische Einleitung des Stillsetzvorganges beginne bei
10° im Webzyklus
n, also kurz nach dem Blattanschlag für Webzyklus n-1. Dann wird
bei 330° im
Webzyklus n-1 die Ist-Drehzahl erfasst.
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Mit
der bzw. den so ermittelten Ist-Drehzahlwert(en) und dem bzw. den
für den
oder die gewollte(n) Erfassungspunkt(e) bzw. Erfassungsbereich(e) bekannten
Sollwerte der kinetischen Energie werden Werte für das Massenträgheitsmoment
ermittelt, also wenigstens ein solcher Wert. Im vorgenannten Beispiel
wäre dies
bei 330° im
Webzyklus n-1. Es gibt so wenigstens eine Stützstelle mit dem Drehwinkel
als Argument und dem Massenträgheitsmoment
als Funktionswert. Durch die gemäß a), b)
bekannten Angaben zum Massenträgheitsmoment
lässt sich dieses
nunmehr einschließlich
des Anteiles der Fachbildemittel und der sie ansteuernden Getriebestufen
quantifizieren, und zwar bis zu dem Drehwinkel αn_FBM_wieder im
Webzyklus n, in dem die Fachbildebewegung erneut beginnt.
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Denn
von αn-1_erfass bis zu αn_FBM_wieder wieder unterliegt
die Bewegung der Fachbildemittel einem vorgegebenen getrieblichen
Ablauf.
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Wird
nach erfolgter Stillsetzung nun neu gestartet, so kann über das
bis zu dem Drehwinkel αn_FBM_wieder bekannte Massenträgheitsmoment
der Istwert für
die kinetische Energie gebildet werden. Ab αn_FBM_wieder wird
der Reglerausgang auf einem Wert gehalten, welcher sich wie folgt
ermittelt; entweder:
- c) Der Wert ist ein Konstantwert
und entspricht dem letzten Reglerausgangswert des geregelten Hochlaufes
oder dem Mittelwert über
den bis dahin absolvierten geregelten Hochlaufes. Oder
- d) der Reglerausgangswert wird während des geregelten Hochlaufes über dem
Drehwinkelbereich vom Startdrehwinkel bis αn_FBM_wieder integriert,
von diesem Wert wird der Istwert der kinetischen Energie abgezogen;
man erhält
die Verlustenergie. Aus dieser Verlustenergie lässt sich sehr gut der weitere
Verlustenergie-Verlauf abschätzen.
Dementsprechend wird der Wert aus c) modifiziert, d.h. sind bei
Drehwinkeln > αn_FBM_wieder höhere Verluste
zu erwarten, wird der Wert nach c) entsprechend vergrößert; sind
die Verluste hingegen kleiner, wird der Wert nach c) entsprechend
reduziert.
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Es
gibt jetzt einen Drehwinkel noch innerhalb des Webzyklus n, der
größer ist
als αn_FBM_wieder, aber vorzugsweise kleiner als
der Fachschlusswinkel. Dieser Drehwinkel sei mit αn_Reg_erneut bezeichnet.
In diesem Drehwinkelpunkt oder in einem an ihn anschließenden Bereich
wird die Ist-Drehzahl erfasst. Durch die Maßnahmen c) oder d) und mittels
der Abschätzung
der Verlustenergie ist mit hoher Genauigkeit der Istwert der kinetischen
Energie in diesem Drehwinkelpunkt bzw. Drehwinkelbereich definierbar.
Damit wiederum kann das Massenträgheitsmoment
sowohl für
diesen Drehwinkelpunkt bzw. Drehwinkelbereich als auch, darüber hinaus,
bis zu αn+1_FBM_wieder quantitativ bestimmt werden;
der qualitative Verlauf ist aus b) bekannt. Denn von αn_Reg_erneut bis
zu αn+1_FBM_wieder unterliegt die Bewegung der
Fachbildemittel einem vorgegebenen getrieblichen Ablauf. Der Drehwinkelpunkt αn+1_FBM_wieder ist
hierbei der Drehwinkelpunkt im Webzyklus n+1 in dem die Fachbildebewegung
erneut beginnt.
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Mit
dem bis zu αn+1_FBM_wieder bestimmten Massenträgheitsmoment
kann jetzt bis zu αn+1_FBM_wieder energiegeregelt gefahren werden,
ohne das Musterinformationen bekannt waren; d.h. der Start im Webzyklus
n ist durch dieses Verfahren abgedeckt.
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Der
Fehler in der Drehzahl beim Blattanschlag vom Webzyklus n wird bei
diesem Verfahren maßgeblich
von der richtigen Abschätzung
der im Drehwinkelbereich αn_FBM_wieder bis αn_Reg_erneut eingetragenen
kinetischen Energie bestimmt.
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Die
Energieregelung ohne Musterinformation lässt sich in gleicher prinzipieller
Weise auch zur Durchführung
der Drehzahlwechsel einsetzen.
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Es
sei ω1
die Drehzahl, von der aus der Wechsel erfolgen soll, m-1 sei der
Webzyklus, dessen Blattanschlag letztmalig adäquat zu ω1 erfolgen soll. ω2 sei die
Drehzahl, auf die gewechselt werden soll und m+k beschreibe denjenigen
Folgewebzyklus, für
dessen Blattanschlag erstmalig eine ω2-adäquate Drehzahl gefordert wird;
k ≥ 0 und
natürlich.
-
Dann
ist für
einen Drehwinkel αm-1_erfass genauso zu verfahren wie oben
für αn-1_erfass erläutert, also
Erfassen der Ist-Drehzahl und über
die kinetische Energie Rückschluss auf
das Massenträgheitsmoment
gewinnen. Für
den Drehwinkel αm+k_Reg_erneut ist genauso zu verfahren wie
für αn_Reg_erneut;
es lässt sich
dann das Massenträgheitsmoment
bis zu αm+k_FBM_wieder als Basis für die Bildung
des Istwertes der kinetischen Energie bestimmen. Für den nicht
geregelten Bereich von αm_FBM_wieder bis zu αm+k_Reg_erneut ist
entsprechend c) bzw. d) zu verfahren.
-
Die
Stillsetzung ist wie ein Drehzahlwechsel auf ω2 = 0 zu sehen; somit kann
das Verfahren auch hier angewandt werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist auch anwendbar, wenn zwischen dem wenigstens einen Elektromotor
und der Hauptantriebswelle eine schaltbare Kupplung auf Reibbasis
vorgesehen ist, die im eingekuppelten Zustand schlupffrei ist. Diese
Funktion der schaltbaren Kupplung wird im Stand der Technik zumeist
von einer Kupplungs-Brems-Kombination übernommen, wobei auch die Bremswirkung
zumeist auf Reibbasis erfolgt. Im eingekuppelten Zustand hat man
also wie in der bisherigen Betrachtung eine starre Verbindung zwischen
dem wenigstens einen Elektromotor und der Hauptantriebswelle, jedoch
kann diese Verbindung, im Gegensatz zu der bisher betrachteten Antriebsanordnung,
wahlweise aufgehoben werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
geht bei Einsatz einer schaltbaren Kupplung davon aus, dass zunächst der
wenigstens eine Motor und eine zumeist vorhandene, von dem wenigstens
einen Motor angetriebene Zusatz-Schwungmasse sowie Teile der Kupplung,
die zusammen eine Antriebseinheit bilden, beschleunigt werden, bis
sie eine erste geforderte Drehzahl ωk1 bzw.
kinetische Energie Wkink1 besitzen. Nach
bzw. mit Abschluss dieses Beschleunigungsvorganges erfolgt das Kuppeln
mit der Webmaschine. Dabei wird die Webmaschine beschleunigt; es
erfolgt mit dieser Beschleunigung ein Übertragen von kinetischer Energie
des Motors, der Zusatz-Schwungmasse
und der bisher bewegten Teile der Kupplung auf die Webmaschine und
auf die bisher nicht bewegten Teile der Kupplung. Bei Abschluss
des Einkuppelvorganges besitzt das System aus Motor, Zusatz-Schwungmasse,
sämtlichen
bewegten Teilen der Kupplung und der Webmaschine eine kinetische
Energie Wkin2. Bis zum Einkuppeln ist also
das Massenträgheitsmoment
der Antriebseinheit bekannt. Nach dem Einkuppeln ist das Gesamt-Massenträgheitsmoment
der Webmaschine bekannt. Es wird jetzt im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Antriebseinheit über
die kinetische Energie als Sollwert oder die Drehzahl als Sollwert
auf eine solche Drehzahl beschleunigt, dass die Antriebseinheit
eine kinetische Energie derart besitzt, dass nach Abzug der geschätzten Verluste,
welche von Motor, Kupplung, Webmaschine und Webprozess in Summe
während
der Einkuppelphase verursacht werden, die Webmaschine jene kinetische
Energie besitzt, die der geforderten Drehzahl entspricht.
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Die
Erfassung der Istwerte der kinetischen Energie der Antriebseinheit
sowie nach dem Einkuppeln der Webmaschine erfolgt in der bereits
angegebenen erfindungsgemäßen Weise,
d.h. über
zeit- bzw. drehwinkelpunktgleiche Werte von Massenträgheitsmoment
und Istdrehzahl.
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Erfindungsgemäß wird aus
der Differenz der kinetischen Energien der Antriebseinheit und der Webmaschine
der Verlust während
des Einkuppelvorganges ermittelt und mit einem abgeschätzten Wert
verglichen. Dieser abgeschätzte
Wert kann dabei sein:
- – ein angenommener Wert (dies
ist zumeist beim Erststart der Webmaschine mit einer neuen Applikation
der Fall),
- – ein
Wert, der bei einem vorausgegangenen, zumeist beim letzten Start
ermittelt wird oder
- – ein
Wert, der bei einem vorausgegangenen, zumeist beim letzten Start
ermittelt und entsprechend des Strom- bzw. Momentenbedarfes in einem
bzw. dem darauffolgenden laufenden Betrieb korrigiert wird, sofern
dieser Bedarf sich ändert, bedeutet
dies auch eine Veränderung
der Verluste, was wiederum auch eine Veränderung der Verluste in der
Einkuppelphase bedeutet.
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Liefert
der Vergleich zwischen aktuell ermitteltem und abgeschätztem Wert
eine Abweichung, so wird mittels dieser Abweichung die Drehzahl ωk1 bzw. kinetische Energie korrigiert, auf
die die Antriebseinheit bei dem oder einem Folgestart vor dem Einkuppeln
beschleunigt wird.
-
Wie
bereits gesagt, wird erfindungsgemäß in bevorzugter Weise die Änderung
von Strom- bzw. Momentenbedarf im laufenden Betrieb dazu genutzt, die
Verluste auch für
den Kupplungsvorgang des oder eines Folgestartes anders abzuschätzen – und damit
auch ωk1 bzw. die kinetische Energie.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung wird
nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
Reglerstruktur zur Ausführung des
Regelverlaufs und
-
2 den
Verlauf der kinetischen Energie (Ekin) über die
Zeit (t) oder den Drehwinkel (V) in einer über die Startphase hinausgehenden
Betriebsweise der Webmaschine.
-
1 zeigt
die Reglerstruktur einer möglichen
Ausführung
der erfinderischen Lösung.
Vom Sollwert 1.1 der kinetischen Energie wird der Istwert 1.2 abgezogen.
Soll- und Istwert haben hierzu z.B. die gleiche Zeit- oder die gleiche
Drehwinkelbasis. Die Differenz aus 1.1 und 1.2 wird
mit einem Faktor 1.3 multipliziert, welcher von einer Logik-
und/oder Recheneinheit 1.10 ausgegeben wird. Das so erhaltene
Produkt wird sowohl auf den Proportionalanteil 1.4 als
auch auf den Integralanteil 1.5 eines als PI-Regler aufgebauten
Energiereglers geführt.
Die von 1.4 und 1.5 ausgegebenen Werte werden
addiert und ihre Summe ist der Wert 1.6 am Reglerausgang. Der
Wert 1.6 wird dann wiederum mit einem Faktor 1.7 multipliziert,
der von der Einheit 1.10 ausgegeben wird.
-
Vom
Sollwert 1.11 der Drehzahl wird der Istwert 1.12 abgezogen.
Soll- und Istwert haben hierzu z.B. die gleiche Zeit- oder die gleiche
Drehwinkelbasis.
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Zweckmäßigerweise
wird diese Basisgröße genauso
gewählt
wie für 1.1 und 1.2.
Die Differenz aus 1.11 und 1.12 wird mit einem
Faktor 1.13 multipliziert, welcher von der Einheit 1.10 ausgegeben
wird. Das so erhaltene Produkt wird sowohl auf den Proportionalanteil 1.14 als
auch den Integralanteil 1.15 eines als PI-Regler aufgebauten
Drehzahlreglers geführt.
Die von 1.14 und 1.15 ausgegebenen Werte werden
addiert und ihre Summe ist der Wert 1.16 am Reglerausgang.
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Der
Wert 1.16 wird dann wiederum mit einem Wert 1.21 multipliziert,
der von der Einheit 1.10 ausgegeben wird. Das Produkt 1.17 wird
dann wiederum mit 1.18 additiv verknüpft zum Gesamt-Ausgang 1.20 der
Struktur.
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Es
sind also in der Struktur ein Energie- und ein Drehzahlregler vorhanden.
Der Einheit 1.10 kommt die Aufgabe zu, zwischen der Wirksamkeit dieser
beiden Regler zu Wichten, wobei Änderungen in
der Wichtung zu keinen bzw. nur geringen Sprüngen an 1.20 führen sollen.
Hierzu erhält 1.10 als
Eingangssignale den Wert 1.8, also den mit 1.7 multiplizierten
Ausgangswert des Energiereglers, sowie die Differenz aus 1.11 und 1.12 als
auch das oder die Signale 1.9.
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Hierbei
repräsentiert 1.9 alle
Informationen vom Prozess, die 1.10 benötigt, um die Umwichtung von
Energie- auf Drehzahlregler durchführen zu können.
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Dies
können
sein:
- a) Soll eine Umschaltung oder Umwichtung
von einem Regler auf den anderen vorgenommen werden?,
- b) Wenn ja, nach welcher von ggf. mehreren in 1.10 hinterlegten
Möglichkeiten – z.B. sanfte
Umwichtung über
hinterlegte Kennlinie(n) oder schlagartige Umschaltung,
- c) Prozessgröße, an der
sich 1.10 für
die Einleitung und Durchführung
der Umschaltung oder Umwichtung orientiert – vorzugsweise ist dies die Ist-Winkelposition der
Webmaschine.
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Um
die Umschaltung oder Umwichtung zu organisieren, hat 1.10 die
Möglichkeiten
mit 1.3, 1.13, 1.17, 1.21 auf
das Reglerverhalten einzuwirken. 1.7 und 1.21 sind
hierbei Faktoren, sinnvollerweise, aber nicht zwingend, jeweils
mit einem Wertebereich von 0 bis 1, wobei sinnvollerweise, aber
ebenfalls nicht zwingend, die Summe aus 1.7 und 1.21 gleich
1 ist. Durch Gegeneinander-Verschieben der Größen von 1.7 und 1.21 ist
ein Umwichten zwischen Energie- und Drehzahlregler möglich, indem
der 0- und der 1-Zustand
schlagartig getauscht wird. Mit 1.18 hat 1.10 die
Möglichkeit,
den Ausgangswert des I-Anteiles 1.5 des Energiereglers,
unabhängig
von dessen aktuellen Wert, auf einen Wert zu setzen, von dem ausgehend 1.5 seine
weiteren Ausgangswerte entsprechend der Differenz aus 1.1 und 1.2,
bildet. Für 1.3 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
der mögliche Wert
0 und der mögliche
Wert 1 vorgesehen. Ist der Wert gleich 1, wird die Differenz aus 1.1 und 1.2 am Reglereingang
wirksam; der Energieregler arbeitet, unabhängig davon, ob sein Ausgang 1.6 dann
noch durch die Multiplikation von 1.7 weiterverarbeitet wird.
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Mit 1.19 hat 1.10 die
Möglichkeit,
den Ausgangswert des I-Anteiles 1.15 des Energiereglers – unabhängig von
dessen aktuellem Wert – auf
einen Wert zu setzen, von dem ausgehend 1.15 seine weitere
Ausgangswerte, entsprechend der Differenz aus 1.11 und 1.12,
bildet. Für 1.13 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
der mögliche
Wert 0 und der mögliche Wert
1 vorgesehen. Ist der Wert gleich 1, wird die Differenz aus 1.11 und 1.12 am
Reglereingang wirksam, der Drehzahlregler arbeitet, unabhängig davon,
wie sein Ausgang 1.16 dann noch durch die Multiplikation von 1.21 verarbeitet
wird. 1.3 und 1.13 sollen verhindern, dass ein
Regler, dessen Ausgang mit 0 multipliziert wird, der also unwirksam
ist, weiter auf Soll-Istwert-Abweichungen reagiert. Streng genommen
sind 1.3 und 1.13 nicht erforderlich; der ggf.
mögliche Werteanstieg
am Ausgang des I-Anteiles gegen +/–unendlich kann z.B. auch durch
ein zyklisches Wieder-zu-Null-Setzen über 1.18 bzw. 1.19 verhindert
werden oder der betreffende Regler wird softwaremäßig gar
nicht mehr aufgerufen. Umgekehrt wäre es aber auch denkbar, 1.3 und 1.13 ein
Wertespektrum, wie oben für 1.7 und 1.21 genannt,
zuzugestehen und 1.7 und 1.21 dann evtl. entfallen
zu lassen.
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Der
Wert 1.8 liefert das Produkt aus 1.6 und 1.7 an 1.10 zurück. D.h. 1.8 gibt
die aktuelle Wirksamkeit des Energiereglers an. Soll nun vom Energieregler
schlagartig auf den Drehzahlregler umgeschaltet werden (Befehl durch 1.9),
so nimmt 1.10 den Wert 1.8, zieht von ihm das
Produkt aus 1.15 und der Differenz aus 1.11 und 1.12 ab
und gibt diesen Wert als Setzwert an 1.14 vor. Damit entspricht
der Ausgang 1.16 dem bisherigen Wert von 1.6 und 1.17 dem
bisherigen Wert von 1.8. D.h. am Ausgang 1.20 der
Struktur ist trotz Reglerumschaltung kein Sprung aufgetreten und
dies ohne vorherige Tests und/oder Optimierungsläufe.
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Wird
mit dieser Struktur gearbeitet, so ist zweckmäßigerweise der Energieregler
mit hoher Wichtung oder 1.7 gleich 1 in der Startphase,
der Stillsetzphase und der Phase des Drehzahlwechsels wirksam, während der
Drehzahlregler hier mit niedriger Wichtung eingreift oder mittels 1.21 gleich
1 gar nicht eingreift. In den Phasen laufenden Betriebes mit konstanter
Drehzahl ist der Energieregler mit niedriger Wichtung oder mittels 1.7 gleich
0 gar nicht wirksam, der Drehzahlregler aber mit hoher Wichtung oder 1.21 gleich
1 ist wirksam. Diese Nutzung der Struktur erklärt auch, warum nur Maßnahmen
für den stoß- bzw.
sprungfreien Wechsel von Energie- auf Drehzahlregler vorgesehen
sind, denn mit dem umgekehrten Wechsel verbundene Sprünge am Ausgang 1.20 treten
in Drehwinkelpositionen deutlich außerhalb des Blattanschlages
auf, so dass hierdurch keine Gewebefehler verursacht werden können. Jedoch
wird zweckmäßigerweise
beim schlagartigen Wechsel vom Drehzahlregler auf den Energieregler der
I-Anteil 1.5 des Drehzahlreglers durch 1.10 per 1.18 auf
0 gesetzt.
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2 zeigt
eine mögliche
Gestaltung des Sollwertes der kinetischen Energie während der Startphase,
wobei die Startphase über
den Blattanschlag am Ende des ersten absolvierten Webzyklus hinaus
geht.
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Hierbei
bezeichnet 2.3 die Abszisse, welche vorzugsweise durch
die Ist-Winkelposition der Webmaschine gebildet wird; ein Webzyklus
hat hierbei die Länge
2π. Die
Ordinate 2.1 wird durch den Sollwert der kinetischen Energie
gebildet. 2.2 bezeichnet die kinetische Energie, die bei
einer geforderten Drehzahl vorhanden sein muss.
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2.4 ist
der Startwinkel αStartphase-Anf, welcher im kleinsten Falle
genau den Beginn des ersten Webzyklus des Startvorganges markiert.
Der erste Stützpunkt
der Sollwertkennlinie hat 2.4 als Argument und 0 als Funktionswert.
Der zweite Stützpunkt 2.15 hat als
Argument einen Drehwinkel, der kurz vor dem Drehwinkel 2.6 beim
Blattanschlag des ersten Webzyklus liegt. Der Funktionswert von 2.15 liegt
bereits über 2.2,
d.h. in diesem Beispiel hat die Webmaschine bereits eine Drehzahl,
die höher
ist als der Wert, den sie im Drehwinkel 2.15 + n·π (mit n =
natürlich) haben
müsste,
um genau der geforderten Betriebsdrehzahl zu entsprechen.
-
Der
dritte Stützpunkt 2.16 hat
als Argument den Drehwinkel 2.6 beim Blattanschlag des
ersten Webzyklus des Startvorganges; der Funktionswert liegt noch
etwas höher
als der vom Stützpunkt 2.15. D.h.
die Webmaschine wird hier so gestartet, dass sie beim ersten Blattanschlag Überdrehzahl
hat. Das kann zur Vermeidung von Anlaufstellen im Gewebe notwendig
sein. Durch entsprechend anders gewählte Funktionswerte für 2.15 und 2.16 kann
der Start drehzahlmäßig natürlich auch
anders gestaltet werden, indem 2.16 als Funktionswert 2.2 enthält, erfolgt der
erste Blattanschlag bei derselben Drehzahl wie die Blattanschläge im laufenden
Betrieb; ist der Funktionswert von 2.16 kleiner als 2.2,
so bedeutet dies einen ersten Blattanschlag mit Unterdrehzahl. Der
kurz vor 2.16 liegende Stützpunkt 2.15 wird
zweckmäßigerweise
so gewählt,
dass der Großteil
des Energieeintrags bis dahin erfolgt ist und dann vergleichsweise
sanft in 2.16 eingelaufen wird, wodurch startbedingte Schwingungen
der Webmaschine, welche zu Anlaufstellen führen können, minimiert werden sollen.
-
Der
folgende Stützpunkt 2.17 hat
als Argument den Drehwinkel 2.7 des zweiten Webzyklus des Startvorganges
und als Funktionswert einen Wert, der nochmals größer ist
als der von 2.16. D.h. das Drehzahlniveau der Webmaschine
wird nochmals leicht angehoben, was wiederum zur Beseitigung von Anlaufstellen
notwendig sein kann. Aber auch hier kann durch andere Wahl des Funktionswertes
ein anderes Drehzahlniveau der Webmaschine bewirkt werden.
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Der
nächstfolgende
Stützpunkt 2.18 hat
als Argument den Drehwinkel 2.8 des dritten Webzyklus des
Startvorganges und als Funktionswert einen Wert, der kleiner ist
als der von 2.16 und 2.17, aber noch über 2.2 liegt.
D.h. das Drehzahlniveau der Webmaschine liegt noch immer leicht über dem
Wert, den sie bei Blattanschlag haben müsste, um genau der geforderten
Drehzahl zu entsprechen.
-
Durch
eine andere Wahl des Funktionswertes von 2.18 kann ein
anderes Drehzahlniveau der Webmaschine bewirkt werden.
-
Hiernach
folgt der Stützpunkt 2.19,
welcher als Argument den Drehwinkel 2.9 des vierten Webzyklus
des Startvorganges hat und als Funktionswert einen Wert besitzt,
der unter 2.2 liegt. D.h. beim Blattanschlag dieses vierten
Webzyklus hat die Webmaschine Unterdrehzahl, was ebenfalls zur Vermeidung von
Anlaufstellen notwendig sein kann. Auch hier gilt: Durch eine andere
Wahl des Funktionswertes von 2.19 kann ein anderes Drehzahlniveau
der Webmaschine bewirkt werden.
-
Der
Stützpunkt 2.20 hat
als Argument den Drehwinkel 2.10 des fünften Webzyklus des Startvorganges
und als Funktionswert einen Wert, der gleich 2.2 ist. D.h.
das Drehzahlniveau der Webmaschine liegt jetzt auf dem Wert, den
sie bei Blattanschlag haben muss, um genau der geforderten Drehzahl
zu entsprechen.
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Nunmehr
ist im Beispiel eine Umwichtung von Energie- auf Drehzahlregelung
vorgesehen, welche sich im Winkelbereich von 2.11 bis 2.12 vollzieht.
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Aus
Sicherheitsgründen
wird der Energieregler hier aber noch bis zum Drehwinkel 2.13 mit
einem Sollwert (gleich 2.2) versorgt, um sicher zu verhindern,
dass der Sollwert nicht vor endgültiger
Unwirksamkeit des Energiereglers weggenommen wird. Natürlich kann
der Energiesollwert auch nach erreichter Unwirksamkeit des Energiereglers
solange anstehen bleiben, wie die Drehzahl dieselbe bleiben soll; 1.10 aus 1 stellt
unter entsprechender Ansteuerung von 1.3 und 1.7 sicher,
dass vom Energieregler trotzdem keine Wirkung ausgeht.
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Der
Drehwinkelpunkt 2.14 markiert den Blattanschlag des sechsten
Zyklus des Startvorganges, wobei der Startvorgang mit erfolgter
(eingeleiteter) Reglerumwichtung abgeschlossen ist.
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Die
Anzahl und Position der Stützstellen kann
letztendlich beliebig gewählt
werden. Auch kann an Stelle der linearen Verbindung von Stützstelle
zu Stützstelle
aus den Stützstellen
ein Polynom entsprechender Ordnung ermittelt werden, so dass der
Sollwertverlauf ein Kurvenverlauf ist, welcher zudem als Funktion
beschrieben ist und so mit wenig Speicheraufwand verwaltet und bei
Bedarf auch einfach modifiziert werden kann.
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Ebenso
kann es letztendlich frei gewählt
werden, über
wie viele Webzyklen sich der Startvorgang erstreckt, wann im ersten
Webzyklus genau der Startvorgang beginnt und wann er im letzten
der Webzyklen, über
die er sich erstreckt, endet.
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Drehzahlwechsel
und auch Stillsetzvorgänge
können
grundsätzlich
vom Sollwertverlauf her wie der Startvorgang behandelt werden.