Die
elektrische Maschine ist beispielsweise zur Bewegung eines Maschinenteils
vorgesehen. Das Maschinenteil ist beispielsweise ein Teil einer Werkzeugmaschine,
einer Produktionsmaschine oder eines Handhabungsautomaten. Das Maschinenteil
kann allerdings auch ein Teil der elektrischen Maschine selbst sein,
wie beispielsweise ein Rotor einer rotatorischen elektrischen Maschine
oder auch ein Primärteil
oder ein Sekundärteil
eines Linearmotors. Bei einem Linearmotor ist entweder der Primärteil oder
auch der Sekundärteil
linear bewegbar. Zumeist ist das Sekundärteil, welches Permanentmagnete
aufweist, stationär
und das Primärteil,
welches zumindest eine bestrombare Wicklung aufweist, linear bewegbar.
Die
elektrische Maschine ist also entweder eine rotatorische elektrische
Maschine oder ein Linearmotor. Im Falle einer rotatorischen elektrischen Maschine
ist das bewegte Maschinenteil beispielsweise direkt von der elektrischen.
Maschine angetrieben oder auch über
ein Getriebe bzw. über
ein Mittel zur Kraftübertragung
wie dies z.B. ein Zahnriemen oder dergleichen ist.
Abhängig von
der Position des Maschinenteils, welches bewegbar ist, können sich
verschiedene Randbedingungen für
eine Bewegung (linear oder rotatorisch) der elektrischen Maschine
ergeben. Eine Randbedingung ist z.B. ein von der Position des Maschinenteils
abhängiger
Reibungskoeffizient. Bei einem Linearmotor aber auch bei einer rotatorischen permanent
erregten elektrischen Synchronmaschine ist es beispielsweise auch
möglich,
dass die Magnetisierung der Permanentmagnete auf dem Sekundärteil des
Linearmotors bzw. auf dem Rotor eine unterschiedliche Magnetisierung
aufweisen. Die Magnetisierung ist also ein Beispiel für eine weitere
Randbedingung. Abhängig
von der Magnetisierung ergibt sich eine unterschiedliche elektromagnetische
Kraft EMK. Im Falle eines Linearmotors ergibt sich auch beispielsweise
deswegen eine unterschiedliche elektromagnetische Kraft EMK, weil
das Primärteil über einen
Abschnitt des Sekundärteils
fährt,
welcher frei von einer dieser schützenden Abdeckung ist.
Die
Parameter der Regelung einer Regelungseinheit der elektrischen Maschine
sind nach dem Stand der Technik so einzustellen, dass diese für alle Positionen
der elektrischen Maschine gemittelt eine optimale Regelungseinstellung
ergeben. Dies hat zur Folge, dass die elektrische Maschine in keiner
oder nur in wenigen Positionen eines bewegten Maschinenteils bezüglich der
Regelung optimal parametriert ist.
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Parametrierung
einer Regelung einer elektrischen Maschine zu ermöglichen.
Die
Lösung
der Aufgabe gelingt mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen nach
Anspruch 1 bzw. mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch
7. Die abhängigen
Ansprüche
2 bis 6 bzw. 8 sind vorteilhafte erfinderische Weiterbildungen der Erfindung.
Bei
einem Verfahren zur Regelung einer elektrischen Maschine, wobei
eine Regelungseinheit einen parametrierbaren Geschwindigkeitsregler
und einen parametrierbaren Zusatzregler aufweist und die elektrische
Maschine zur Änderung
einer Position eines bewegbaren Maschinenteils vorgesehen ist, wobei
die Position des bewegbaren Maschinenteils erfasst wird, wird ein
Parameter des Geschwindigkeitsreglers und/oder zumindest ein Parameter
des Zusatzreglers in Abhängigkeit
von einer Position des bewegbaren Maschinenteils verändert.
Das
bewegbare Maschinenteil ist beispielsweise ein Teil einer Werkzeugmaschine
(z.B. ein Fräskopf)
oder einer Produktionsmaschine (z.B. eine Förderschnecke einer Kunststoffspritzgießmaschine, welche
eine Produktionsmaschine ist) oder eines Handhabungsautomaten (z.B.
eine Greifzange). Das bewegbare Maschinenteil ist beispielsweise
aber auch ein Rotor eines rotatorischen elektrischen Motors oder
ein Primärteil
eines Linearmotors.
Bedingt
durch die Anforderungen an einen Antriebsprozess, also dem Antrieb
eines Maschinenteils, wodurch dessen Position veränderbar
ist, ist es vorteilhaft, den Geschwindigkeitsregler der elektrischen
Maschine oder einen anderen Regler der elektrischen Maschine mit
wechselnden einer Verfahrposition angepassten Parametern zu betreiben.
Zumindest ein Parameter eines Reglers weist also eine Positionsabhängigkeit
auf. Der Geschwindigkeitsregler ist bei einem rotatorisch arbeitenden
Motor der Drehzahlregler. Der obig beschriebene vorteilhafte Wechsel
zumindest eines Parameters ist auch bei einem Lageregelkreis vorteilhaft.
Der Lageregelkreis dient der Regelung einer Position eines bewegbaren
Maschinenteils. Durch die Änderung
zumindest eines Parameters abhängig
von der Position des bewegbaren Maschinenteils ist es vermeidbar,
dass ein gemittelter Parametersatz als gemeinsamer Kompromiss aller
Anforderungen einer zu regelnden Strecke auszuwählen ist.
Von
einem Wegmesssystem wird beispielsweise eine Verfahrposition des
bewegbaren Maschinenteils gemessen. Die gemessene Verfahrposition wird
zur Nachführung
zumindest eines Regelparameters verwendet. Der Regelparameter ist
vorzugsweise ein Optimalwert für
eine bestimmte örtliche
Position einer Verfahrbewegung. Dadurch entfällt der Zwang, die unterschiedlichen
Anforderungen an einen Regler bzw. dessen Regelverhalten über einen gesamten
Verfahrweg mit einem einzigen Parametersatz erfüllen zu müssen. Der Verfahrweg ist beispielsweise
der Weg, den das Primärteil
des Linearmotors in Bezug auf das Sekundärteil des Linearmotors zurücklegt.
Ein weiteres Beispiel für
den Verfahrweg sind die 360 Grad einer Umdrehung eines Rotors eines
rotatorischen elektrischen Motors, welcher auch eine rotatorische
elektrische Maschine ist.
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zusatzregler zumindest
einer der im folgenden aufgeführten
Reglertypen: ein Lageregler, ein Zugregler, ein Momentenregler und/oder
eine Vorsteuerung. Die Vorsteuerung ist dabei ein Regelkreis der
sowohl geschlossen als auch offen ausgeführt sein kann.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Maschine
als ein Linearmotor ausgebildet. Der Linearmotor weist ein Primärteil und
ein Sekundärteil
auf, wobei entweder das Primärteil
oder das Sekundärteil
ein bewegliches Teil des Linearmotors ist. Abhängig von der Position des beweglichen Teils
wird zumindest ein Parameter des Geschwindigkeitsreglers und/oder
zumindest ein Parameter des Zusatzreglers verändert. Weist beispielsweise der
Linearmotor ein Sekundärteil
mit einer Abdeckung auf und ist diese Abdeckung nicht über die
gesamte Fläche
des Sekundärteils
geführt,
so ändert sich
die elektromagnetische Kraft EMK in Abhängigkeit davon, ob das Sekundärteil an
einer Position des Primärteils
eine Abdeckung aufweist oder nicht. Die Änderung der elektromagnetischen
Kraft EMK ist positionsabhängig,
so dass zumindest ein Parameter der Geschwindigkeitsregelung bzw.
der Zusatzregelung des Linearmotors abhängig davon einstellbar sind,
ob sich das Primärteil
in einem Bereich befindet, in dem das Sekundärteil eine Abdeckung aufweist oder
eben auch keine Abdeckung aufweist. Ein Beispiel für den Parameter
ist der Parameter für
die elektromagnetische Kraft EMK.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Veränderung
des Parameters einer Regelung eine Funktion oder eine Tabelle verwendet.
Die Funktion ist eine Funktion über
eine Position. Die Position bezieht sich beispielsweise auf eine
Position des Primärteils
eines Linearmotors, oder auf die Position eines Rotors einer rotatorischen
elektrischen Maschine oder auch auf die Position eines Maschinenteils
einer Maschine, wobei die Maschine beispielsweise eine Produktionsmaschine,
eine Werkzeugmaschine oder ein Handhabungsautomat ist. Die Position
des Maschinenteils ist beispielsweise deswegen von Bedeutung, weil
das Maschinenteil abhängig
von der Position unterschiedlichen Reibkoeffizienten ausgesetzt
ist, so dass beispielsweise ein Verstärkungsparameter der Regelung
eine höhere Reibung
in bestimmten Bereichen einer Verfahrbewegung ausgleichen kann.
Wird die Veränderung
eines Parameters bzw. mehrere Parameter einer Regelung (z.B. Geschwindigkeitsregler
und/oder Zusatzregler) mittels einer Tabelle durchgeführt, so
ist in der Tabelle eine Zuordnung zwischen einer Position und einem
dazugehörigen
Parameter hergestellt.
Durch
die Verwendung einer Funktion bzw. einer ausreichend detaillierten
Tabelle ist es auch möglich
ein Ruckverhalten, welches sich durch eine Umschaltung eines Parameters
ergeben kann zu vermeiden. Mit Hilfe der Funktion und/oder der Tabelle
sind gleichmäßige Veränderungen
eines Parameters erzielbar. Dies dient dazu Sprünge in einem Ausgangssignal
eines Reglers zu vermeiden.
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Ermittlung
der von der Position abhängigen
Parameter eine Referenzfahrt für
die elektrische Maschine durchgeführt. Mittels der Referenzzeit
ist das Maschinenverhalten feststellbar. Während der Referenzfahrt wird
beispielsweise das von den Permanentmagneten hervorgerufene magnetische
Feld gemessen. Abhängig
von der Stärke
des während
der Referenzfahrt gemessenen magnetischen Feldes wird während und/oder
nach der Referenzfahrt eine Tabelle und/oder eine Funktion generiert,
in welche eine Information darüber
abgelegt ist, an welcher Position des bewegbaren Maschinenteils ein
bestimmter Parameterwert für
eine Regelung einzustellen ist. Die notwendigen Parameterwerte werden
hierfür
vorher berechnet.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Parameter also
ein physikalischer Parameter, welcher insbesondere ein Magnetfeldparameter
ist und abhängig
von der Position des Maschinenteils ist. Der physikalische Parameter
wird abhängig
von der Position des Maschinenteils gemessen. Der oder die Parameter
eines oder mehrere Regler wird in Abhängigkeit von der Position des
Maschinenteils gebracht. Dies geschieht beispielsweise wie obig
bereits beschrieben mittels einer Funktion oder einer Tabelle. Die
Abhängigkeit
betrifft dabei die Abhängigkeit
vom physikalischen Parameter, so dass ein oder mehrere Parameter
eines oder mehrerer Regler abhängig
von den Werten physikalischer Parameter verändert werden. Ein physikalischer
Parameter ist wie bereits beschrieben, ein Parameter welcher z.B. das
Magnetfeld betrifft, welches mittels Permanentmagneten erzeugt wird.
Die Permanentmagnete sind nicht immer gleichmäßig stark magnetisiert, so
dass dadurch ohne Veränderung
von Reglerparametern ein Maschinenverhalten vorhanden wäre, welches für viele
Anwendungen unvorteilhaft ist, da die elektrische Maschine z.B.
auch auf gleiche Stromstärken und
Frequenzen abhängig
von der Position unterschiedlich reagiert. Eine unterschiedliche
EMK ergibt sich aber z.B. auch daraus, dass ein Sekundärteil eines
Linearmotors über
einen bestimmten Verfahrabschnitt eine Abdeckung auf weist und über einen
anderen Verfahrabschnitt, welcher beispielsweise für einen
Servicedienst oder einen Werkzeugwechsel bei einer Werkzeugmaschine
dient, keine Abdeckung aufweist. Die Abdeckung ist vorteilhafter
Weise magnetisch, haftet also automatisch auf dem Sekundärteil.
Die
Erfindung betrifft neben einem Verfahren auch eine Vorrichtung zur
Regelung einer elektrischen Maschine. Die Regelung weist einen parametrierbaren
Geschwindigkeitsregler und/oder einen parametrierbaren Zusatzregler
auf. Der Zusatzregler ist beispielsweise ein Lageregler, ein Zugregler
oder ein Momentenregler. Als Zusatzregler ist weiterhin eine Vorsteuerung
zu verstehen. Die elektrische Maschine ist zur Änderung einer Position eines
bewegbaren Maschinenteils vorgesehen. Ein bewegbares Maschinenteil
ist beispielsweise ein Teil der elektrischen Maschine wie das Primärteil eines
Linearmotors oder der Rotor einer rotatorischen permanent erregten
Synchronmaschine. Ein weiteres Beispiel für ein Maschinenteil ist ein
Werkzeug einer Werkzeugmaschine, welches beispielsweise mittels
eines Getriebes von der elektrischen Maschine antreibbar ist. Die
Position des Maschinenteils ist mittels eines Weggebers erfassbar.
Zumindest ein Parameter des Geschwindigkeitsreglers und/oder zumindest
ein Parameter des Zusatzreglers ist in Abhängigkeit von der Position des
bewegbaren Maschinenteils veränderbar.
Hieraus ergeben sich die bereits obig beschriebenen Vorteile. Diese
Vorrichtung zur Regelung ist weiterhin zur Durchführung des
obig beschriebenen Verfahrens zur Regelung einer elektrischen Maschine
einsetzbar.
Die
Vorrichtung zur Regelung der elektrischen Maschine ist beispielsweise
eine NC-Steuerung, eine CNC-Steuerung, eine SPS-Steuerung, ein Personal-Computer
(PC) oder dergleichen. Bei einem Antrieb, welcher eine elektrische
Maschine und einen Stromrichter aufweist, ist die Regelung beispielsweise
auch in die Steuerung bzw. Regelung des Stromrichters integriert.
Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
eine Regelungseinheit 1. Die Regelungseinheit 1 ist
beispielsweise in einer Produktionsmaschine, einer Werkzeugmaschine
oder in einem Handhabungsautomaten integrierbar. Diese Maschinen
bzw. Automaten sind in der 1 nicht
dargestellt. Mittels der Regelungseinheit 1 ist eine Stromrichterschaltung 3 ansteuerbar.
Die Stromrichterschaltung 3 ist zur Bestromung eines Linearmotors 5 als
Beispiel für
eine elektrische Maschine vorgesehen. Der Linearmotor 5 weist
in bekannter Weise ein Primärteil 7 und
ein Sekundärteil 8 auf.
Das Primärteil 7 ist
in den Bewegungsrichtungen 23 und 24 bewegbar.
Schematisch ist weiterhin ein Linearmaßstab 11 und ein Weggeber 13 dargestellt.
An oder in einer Kraftübertragungsschnittstelle
des Linearmotors also im Bereich eines Luftspaltes zwischen dem
Primärteil 7 und
dem Sekundärteil 8 ist
ein Sensor 15 zur Messung des Magnetfeldes des Sekundärteils 8,
welches Permanentmagnete 9 aufweist, vorgesehen. Das Sekundärteil 8 weist
weiterhin eine Abdeckung 10 auf, die sich jedoch nicht über den
gesamten Bereich des Sekundärteils 8 erstreckt.
Weitere Sensoren wie z.B. ein Sensor zur Aufnahme der Geschwindigkeit,
wie diese bei elektrischen Maschinen bzw. Linearmotoren üblich sind,
sind in der 1 zur besseren Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Die Geschwindigkeitserfassung kann jedoch beispielsweise
auch direkt aus dem zeitlichen Verlauf des Magnetfeldes am Ort des Sensors 15 abgeleitet
werden. Dies hat den Vorteil, dass falls ein derartiger Sensor bereits
an einer elektrischen Maschine bzw. in einem Primärmotor vorhanden
ist, dieser Sensor auch als Wegsensor einsetzbar ist. Der Weggeber 13 und
der Sensor 15 sind über
ein Datenkabel 17 mit der Regelungseinheit 1 verbunden.
Die Regelungseinheit 1, welche insbesondere auch für die Geschwindigkeitsregelung,
die Lageregelung und/oder die Stromregelung vorzusehen ist, bildet
zumindest aus den Werten des Sensors 15 einen Parameter
für zumindest
eine der oben genannten Regelungen. Für die Regelung des Linearmotors 5 ist
beispielsweise auch noch ein Stromsignal notwendig. Das Stromsignal
wird von einem Stromwandler 19 geliefert. Der Stromwandler 19 dient
zur Messung des Stromes mit welchem das Primärteil 7 über eine
Stromleitung 14 durch die Stromrichterschaltung 3 bestromt
wird.