DE102006023458A1 - Lageregelverfahren für eine Achse - Google Patents

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Abstract

Einem Lageregler (1) für eine Achse (2) sind ein momentaner Lageistwert (x(0)), ein momentaner Lagesollwert (x*(0)) und zukünftige Lagesollwerte (x*(ti)) sowie für jeden zukünftigen Lagesollwert (x*(ti)) ein für dessen Zeitversatz (δti) zum jeweils unmittelbar vorhergehenden Lagesollwert (x*(0), x*(ti)) charakteristischer Wert vorgegeben. Der Lageregler (1) ermittelt anhand eines Modells (6) der Achse (2) eine momentane Stellgröße (S(0)) und für die zukünftigen Lagesollwerte (x*(ti)) jeweils eine erwartete Stellgröße (S(ti)) und einen erwarteten Lageistwert (x(ti)). Er ermittelt die momentane Stellgröße (S(0)), die erwarteten Stellgrößen (S(ti)) und die erwarteten Lageistwerte (x(ti)), derart, dass eine Gesamtabweichung (G) des momentanen Lageistwerts (X(0)) und der erwarteten Lageistwerte (x(ti)) von den korrespondierenden Lagesollwerten (x*(0), x*(ti)) gemäß einer vorbestimmten Wertungsfunktion optimiert wird. Er steuert die Achse (2) entsprechend der momentanen Stellgröße (S(0)) an.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lageregelverfahren für eine Achse.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Lageregler, der derart ausgebildet ist, dass er im Betrieb ein derartiges Lageregelverfahren ausführt.
  • Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Reglerprogramm zur Durchführung eines derartigen Lageregelverfahrens.
  • Lageregelverfahren für eine Achse sind allgemein bekannt. Üblicherweise sind dem Lageregler ein momentaner Lageistwert und ein momentaner Lagesollwert vorgegeben. Der Lageregler ermittelt gemäß einer vorbestimmten Reglercharakteristik eine momentane Stellgröße und steuert die Achse entsprechend der momentanen Stellgröße an. Die Reglercharakteristik kann beispielsweise eine P-, eine PI- oder eine PID-Reglercharakteristik sein. Dem Lageregler können gegebenenfalls weitere Regelkreise (beispielsweise ein Geschwindigkeitsregler und/oder ein Stromregler) unterlagert sein.
  • Die Vorgehensweise des Standes der Technik führt in einer Vielzahl von Anwendungsfällen zu befriedigenden Ergebnissen. Für manche Anwendungen, bei denen eine hohe Genauigkeit und ein schnelles Ausregeln von Regeldifferenzen (d.h. der Differenz von Istwert und Sollwert) erforderlich sind, sind jedoch zusätzliche Maßnahmen erforderlich.
  • So ist im Stand der Technik beispielsweise bekannt, dem Lageregler einen Geschwindigkeitsregler zu unterlagern, anhand der zeitlichen Ableitung des Lagesollwertes (also der Differenz zum zeitlich vorhergehenden Lagesollwert, dividiert durch den Lagereglertakt) einen Geschwindigkeitsvorsteuerwert für den Geschwindigkeitsregler zu ermitteln und den Geschwindigkeitsvorsteuerwert additiv auf die Stellgröße des Lagereglers aufzuschalten. Dieser Ansatz führt nur bei im Wesentlichen gleichmäßigen Änderungen des Lagesollwerts zu einer niedrigeren Regelabweichung. Darüber hinaus ist es erforderlich, den dem Lageregler zugeführten momentanen Sollwert zu filtern. Anderenfalls besteht die Gefahr einer Reglerinstabilität.
  • Im Stand der Technik ist weiterhin bekannt, zusätzlich zur Geschwindigkeitsvorsteuerung dem Geschwindigkeitsregler einen Stromregler zu unterlagern, anhand der zweiten zeitlichen Ableitung des Lagesollwerts einen Stromvorsteuerwert für den Stromregler zu ermitteln und den Stromvorsteuerwert additiv auf die Stellgröße des Geschwindigkeitsreglers aufzuschalten. Dieser Ansatz führt auch bei sich ungleichmäßig ändernden Lagesollwerten zu niedrigen Regeldifferenzen. Der Regler reagiert jedoch sehr empfindlich auf Störgrößen und neigt zur Instabilität.
  • Im Bereich industrieller Großanlagen (beispielsweise bei Stranggießanlagen und Walzwerken) ist bekannt, eine sogenannte „Generalized Predictive Control" (= GPC) durchzuführen. Bei einer derartigen Art der Regelung werden dem Regler zusätzlich zum momentanen Istwert und zum momentanen Sollwert eine Anzahl von zukünftigen Sollwerten zugeführt. Der Regler ermittelt anhand eines Modells der zu regelnden Anlage eine momentane Stellgröße und steuert die zu steuernde Anlage entsprechend der momentanen Stellgröße an. Die Stellgröße wird derart ermittelt, dass eine Gesamtabweichung des momentanen und zukünftiger Istwerte von den korrespondierenden Sollwerten gemäß einer vorbestimmten Wertungsfunktion optimiert wird. Beispielhaft wird für die zuletzt genannte Art der Regelung auf den Fachaufsatz „Generalized Predictive Control (GPC) – Ready for Use in Drive Applications?" von R. Kennel et al., Universität Wuppertal, verwiesen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lageregelverfahren für eine Achse zu schaffen, das eine gute Regelgenauigkeit bei gleichzeitig hoher Regeldynamik und dennoch geringer Störempfindlichkeit realisiert.
  • Gemäß Anspruch 1 wird die Aufgabe verfahrenstechnisch durch ein Lageregelverfahren für eine Achse gelöst, das folgende Merkmale aufweist:
    • – Einem Lageregler sind ein momentaner Lageistwert, ein momentaner Lagesollwert und eine Anzahl von zukünftigen Lagesollwerten sowie für jeden zukünftigen Lagesollwert ein für dessen Zeitversatz zum jeweils unmittelbar vorhergehenden Lagesollwert charakteristischer Wert vorgegeben.
    • – Der Lageregler ermittelt anhand eines Modells der Achse eine momentane Stellgröße und für die zukünftigen Lagesollwerte jeweils eine erwartete Stellgröße und einen erwarteten Lageistwert.
    • – Der Lageregler ermittelt die momentane Stellgröße, die erwarteten Stellgrößen und die erwarteten Lageistwerte derart, dass eine Gesamtabweichung des momentanen Lageistwerts und der erwarteten Lageistwerte von den korrespondierenden Lagesollwerten gemäß einer vorbestimmten Wertungsfunktion optimiert wird.
    • – Der Lageregler steuert die Achse entsprechend der momentanen Stellgröße an.
  • Prinzipiell kann der Zeitversatz für jeden der zukünftigen Lagesollwerte individuell sein. Üblicherweise ist der Zeitversatz für alle zukünftigen Lagesollwerte der gleiche.
  • Das Lageregelverfahren wird in aller Regel mit einem Arbeitstakt getaktet ausgeführt. Der Arbeitstakt liegt üblicherweise im Bereich weniger Millisekunden, in einigen Anwendungsfällen im Mikrosekundenbereich. Der Zeitversatz ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches des Arbeitstaktes, und zwar unabhängig davon, ob er für alle zukünftigen Lagesollwerte der gleiche ist oder nicht. Wenn der Zeitversatz für alle zukünftigen Lagesollwerte der gleiche ist, kann er insbesondere gleich dem Arbeitstakt selbst sein.
  • Die Anzahl von zukünftigen Lagesollwerten beträgt minimal Eins. Sie kann jedoch auch größer als Eins sein. Beispielsweise kann die Anzahl 2, 3, 5, 8 oder 10 betragen. Auch noch größere Anzahlen sind möglich.
  • Es ist möglich, dass dem Lageregler die Lagesollwerte als solche vorgegeben sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind dem Lageregler ein momentaner Leitwert und eine Anzahl von zukünftigen Leitwerten vorgegeben. In diesem Fall kann der Lageregler die Lagesollwerte anhand der Leitwerte ermitteln.
  • Um anhand der Leitwerte die Lagesollwerte ermitteln zu können, muss dem Lageregler eine funktionale Beziehung zwischen den Leitwerten und den Lagesollwerten bekannt sein. Es ist möglich, dass die funktionale Beziehung periodisch ist. In diesem Fall realisiert der Lageregler eine Kurvenscheibenfunktionalität.
  • Zur Realisierung der Vorgabe des momentanen Leitwerts und der Anzahl von zukünftigen Leitwerten ist es möglich, dass dem Lageregler ein momentaner Leitwert, eine Leitwertänderung sowie für jeden zukünftigen Leitwert ein für dessen Zeitversatz zum jeweils unmittelbar vorhergehenden Leitwert charakteristischer Wert vorgegeben sind. In diesem Fall kann der Lageregler die zukünftigen Leitwerte anhand des momentanen Leitwerts, der Leitwertänderung und der Zeitversätze ermitteln. Anhand der Leitwerte kann der Lageregler die Lagesollwerte ermitteln.
  • Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe durch einen Lageregler gelöst, der derart ausgebildet ist, dass er im Betrieb ein derartiges Lageregelverfahren ausführt.
  • Der Lageregler kann in einen ASIC integriert sein.
  • Der Lageregler kann das erfindungsgemäße Lageregelverfahren in Form einer Softwarelösung oder in Form einer Hardwarelö sung realisieren. Beide Lösungen sind unabhängig davon möglich, ob der Lageregler in einen ASIC integriert ist oder nicht.
  • Wenn der Lageregler das erfindungsgemäße Lageregelverfahren in Form einer Hardwarelösung realisiert, ist er derart schaltungstechnisch ausgebildet, dass von ihm ein solches Lageregelverfahren ausführbar ist.
  • Wenn der Lageregler das erfindungsgemäße Lageregelverfahren in Form einer Softwarelösung realisiert, weist er einen Programmspeicher und eine mit dem Programmspeicher verbundene Arbeitseinrichtung auf. In dem Programmspeicher ist ein Reglerprogramm hinterlegt, das von der Arbeitseinrichtung ausführbar ist. Bei Abarbeitung des Reglerprogramms führt die Arbeitseinrichtung ein erfindungsgemäßes Lageregelverfahren aus.
  • Im Falle einer Softwarelösung wird die Aufgabe weiterhin programmtechnisch durch einen Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Reglerprogramm gelöst, wobei das Reglerprogramm bewirkt, dass der Lageregler das erfindungsgemäße Lageregelverfahren ausführt, wenn das Reglerprogramm im Programmspeicher des Lagereglers hinterlegt ist und von der Arbeitseinrichtung des Lagereglers ausgeführt wird.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
  • 1 einen Lageregler,
  • 2 bis 7 Varianten des Lagereglers von 1 und
  • 8 eine weitere Variante des Lagereglers von 1.
  • 1 zeigt schematisch einen Lageregler 1 für eine Achse 2.
  • Den Lageregler 1 wird ein momentaner Lageistwert x(0) vorgegeben. Der Lageistwert x(0) kann beispielsweise mittels eines Positionssensors 3 erfasst und dem Lageregler 1 zugeführt werden. Dem Lageregler 1 wird ferner ein momentaner Lagesollwert x*(0) vorgegeben.
  • Weiterhin wird dem Lageregler 1 eine Anzahl n von zukünftigen Lagesollwerten x*(ti) (i = 1, ..., n) vorgegeben.
  • Die Anzahl n von zukünftigen Lagesollwerten x*(ti) beträgt minimal 1. In der Regel ist sie größer als 1. Dies ist in 1 dadurch angedeutet, dass für die zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) ein breiter Pfeil verwendet wird, weil es sich um eine vektorielle Größe handeln kann. Dem gegenüber werden in 1 für den momentanen Lagesollwert x*(0) und den momentanen Lageistwert x(0) einfache Pfeile verwendet, weil es sich um skalare Größen handelt.
  • Schließlich werden dem Lageregler 1 Ausführungzeitpunkte ti (i = 1, ..., n) der zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) und/oder Zeitversätze δti (i = 1, ..., n) der zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) vorgegeben. Die Ausführungszeitpunkte ti entsprechen der Zeitdifferenz zwischen dem momentanen Lagesollwert x*(0) und dem jeweiligen zukünftigen Lagesollwert x*(ti). Die Zeitversätze δti entsprechen der Zeitdifferenz des jeweiligen zukünftigen Lagesollwerts x*(ti) zum jeweils unmittelbar vorhergehenden Lagesollwert x*(0) bzw. x*(ti) (i = 1, ..., n – 1).
  • Die Zeitversätze δti sind im allgemeinen Fall individuell vorgebbar. Ihre Anzahl n korrespondiert in diesem Fall mit der Anzahl n von zukünftigen Lagesollwerten x*(ti). Aus diesem Grund ist in 1 für das Zuführen der Zeitversätze δti bzw. der Ausführungszeitpunkte ti ebenfalls ein breiter Pfeil verwendet.
  • Der Lageregler 1 nimmt den momentanen Lageistwert x(0), den momentanen Lagesollwert x*(0), die zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) und die Zeitversätze δti und/oder die Ausführungszeitpunkte ti mit einem Arbeitstakt T entgegen. Mit demselben Arbeitstakt T gibt er eine momentane Stellgröße S(0) an die Achse 2 aus. Er steuert somit die Achse 2 entsprechend der momentanen Stellgröße S(0) an.
  • Das Ansteuern der Achse 2 kann unmittelbar erfolgen. Vorzugsweise sind zwischen dem Lageregler 1 und der Achse 2 unterlagerte Regler angeordnet, beispielsweise ein Geschwindigkeitsregler und/oder ein Stromregler.
  • Der Arbeitstakt T kann oberhalb einer Millisekunde liegen, beispielsweise zwischen einer und 20 Millisekunden. Wenn die Achse 2 hochdynamisch ist, kann er unter einer Millisekunde liegen, beispielsweise bei 20 μs bis einer Millisekunde, insbesondere zwischen 50 und 300 μs. Ein besonders bevorzugter Arbeitstakt T liegt bei 125 μs.
  • Gemäß 1 weist der Lageregler 1 zum Entgegennehmen des momentanen Lageistwertes x(0), des momentanen Lagesollwertes x*(0), der zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) und der Zeitversätze δti bzw. der Ausführungszeitpunkte ti ein eingangsseitiges Zwischenspeicherelement 4 auf. Ebenso weist er zum Ausgeben der momentanen Stellgröße S(0) ein ausgangsseitiges Zwischenspeicherelement 5 auf. Die Zwischenspeicherelemente 4, 5 können beispielsweise als sample and hold Elemente ausgebildet sein. Es sind auch andere Realisierungen möglich.
  • Der Lageregler 1 weist intern ein Modell 6 der Achse 2 auf. Das Modell 6 weist einen Stellgrößenermittler 7 und einen Istwertermittler 8 auf. Dem Stellgrößenermittler 7 werden die im eingangsseitigen Zwischenspeicherelement 4 zwischengespeicherten Größen x(0), x*(0), x*(ti) und δti bzw. ti zugeführt. Der Stellgrößenermittler 7 ermittelt die momentane Stellgröße S(0) und für die zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) (i = 1, ..., n – 1 oder i = 1, ..., n) jeweils eine erwartete Stellgröße S(ti). Die Stellgrößen S(0), S(ti) gibt der Stellgrößenermittler 7 an den Istwertermittler 8 aus.
  • Der Istwertermittler 8 ermittelt anhand der Stellgrößen S(0), S(ti) für die zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) (i = 1, ..., n) jeweils einen erwarteten Lageistwert x(ti) und gibt die erwarteten Lageistwerte x(ti) an einen Abweichungsermittler 9 aus. Der Abweichungsermittler 9 ermittelt gemäß einer vorbestimmten Wertungsfunktion eine Gesamtabweichung G der momentanen und erwarteten Lageistwerte x(0), x(ti) von den korrespondierenden Lagesollwerten x*(0), x*(ti). Die Gesamtabweichung G führt er einem Optimierer 10 zu. Gegebenenfalls kann der Abweichungsermittler 9 dem Optimierer 10 zusätzlich zur Gesamtabweichung G eine Abweichungsänderung δG (d.h. die Differenz der nunmehr ermittelten Gesamtabweichung G von einer in der unmittelbar vorhergehenden Iteration ermittelten Gesamtabweichung G) zuführen.
  • Der Optimierer 10 prüft, ob und gegebenenfalls auf welche Weise die Stellgrößen S(0), S(ti) variiert werden sollen. Insbesondere wenn der Betrag der Gesamtabweichung (G) oberhalb einer vorgegebenen Abweichungsgrenze liegt und/oder der Betrag der Abweichungsänderung δG oberhalb einer vorgegebenen Änderungsgrenze liegt, variiert der Optimierer 10 die Stellgrößen S(0), S(ti), um die Gesamtabweichung G zu minimieren. Anderenfalls wird angenommen, dass die Stellgrößen S(0), S(ti) nicht mehr weiter optimierbar sind. In diesem Fall gibt der Optimierer beispielsweise ein Freigabesignal F an den Stellgrößenermittler 7 aus. Bei Erhalt des Freigabesignals F gibt der Stellgrößenermittler 7 die zuletzt ermittelte momentane Stellgröße S(0) an das ausgangsseitige Zwischenspeicherelement 5 aus.
  • Auf Grund der obenstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass der Lageregler 1 die Stellgrößen S(0), S(ti) und die erwarteten Lageistwerte x(ti) derart ermittelt, dass die Gesamtabweichung G minimiert bzw. allgemeiner optimiert wird.
  • Die 2 bis 5 zeigen Variationen des obenstehend in Verbindung mit 1 erläuterten Grundprinzips der vorliegenden Erfindung. Nachstehend wird in Verbindung mit den 2 bis 5 nur auf die Unterschiede zu 1 näher eingegangen. Die übrigen Ausführungen zu 1 bleiben anwendbar.
  • Gemäß 2 ist der Zeitversatz δti für alle zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) der gleiche. Er kann dem Lageregler 1 daher als einzelner skalarer Wert δt (nachfolgend Grundzeitversatz δt genannt) vorgegeben sein. Wenn der Grundzeitversatz δt dem Lageregler 1 vorbekannt ist, ist es sogar möglich, von einem expliziten Zuführen des Grundzeitversatzes δt zum Lageregler 1 abzusehen.
  • Gemäß 3 ist der Zeitversatz δti für jeden zukünftigen Lagesollwert x*(ti) ein ganzzahliges Vielfaches Ni des Arbeitstaktes T. Anstelle der Zeitversätze δti als solcher können dem Lageregler 1 daher die entsprechenden ganzzahligen Vielfachen Ni vorgegeben werden. Der Lageregler 1 ermittelt in diesem Fall selbsttätig anhand der ganzzahligen Vielfachen Ni und des Arbeitstaktes T den jeweiligen Zeitversatz δti.
  • 4 kombiniert die Vorgehensweisen der 2 und 3. In diesem Fall ist es möglich, dem Lageregler 1 anstelle des Grundzeitversatzes δt nur einen einzelnen ganzzahligen Wert N (nachfolgend Grundwert N genannt) vorzugeben. Wenn der Grundwert N dem Lageregler 1 vorbekannt ist, ist nicht einmal dieses Zuführen zum Lageregler 1 erforderlich.
  • Der Grundwert N kann von Eins verschieden sein. Alternativ kann er den Wert Eins aufweisen. In diesem Fall ist es gemäß 5 möglich, dem Lageregler 1 nur jeweils den zeitlich letzten zukünftigen Lagesollwert x*(nT) zuzuführen (mit n = Anzahl der zukünftigen Lagesollwerte). Denn in diesem Fall sind die übrigen zukünftigen Lagesollwerte x*(ti) und der momentane Lagesollwert x*(0) dem Lageregler 1 bereits zuvor zugeführt worden. In diesem Fall ist lediglich ein getaktetes Schieben der im eingangsseitigen Zwischenspeicherelement 4 gespeicherten Lagesollwerte x*(0), x*(ti) – analog zur Wirkungsweise eines Schieberegisters – erforderlich.
  • Es ist stets möglich, dem Lageregler 1 die Lagesollwerte x*(0), x*(ti) als solche zuzuführen. In manchen Fällen ist es alternativ möglich, dass der Lageregler 1 die Lagesollwerte x*(0), x*(ti) selbsttätig ermittelt. Dies wird nachfolgend in Verbindung mit den 6 und 7 näher erläutert.
  • 6 ist eine Ergänzung der Ausgestaltung von 1. Gemäß 6 weist der Lageregler 1 eingangsseitig einen Sollwertermittler 11 auf. Der Sollwertermittler 11 ist ebenfalls mit dem Arbeitstakt T getaktet.
  • Den Sollwertermittler 11 werden ein momentaner Leitwert X(0) und eine Anzahl zukünftiger Leitwerte X(ti) zugeführt. Der Sollwertermittler 11 ermittelt anhand einer vorbestimmten funktionalen Beziehung für jeden Leitwert X(0), X(ti) einen korrespondierenden Lagesollwert x*(0), x*(ti) und gibt ihn an das eingangsseitige Zwischenspeicherelement 4 aus. Die übrigen Ausführungen zu 1 bleiben weiterhin gültig.
  • Die funktionale Beziehung der Lagesollwerte x*(0), x*(ti) zu den Leitwerten X(0), X(ti) muss dem Sollwertermittler 11 bekannt sein. Sie kann alternativ dem Sollwertermittler 11 fest vorgegeben (bzw. einprogrammiert) oder parametrierbar sein.
  • Die Ausgestaltung gemäß 6 ist nicht nur in Verbindung mit der Ausgestaltung gemäß 1 einsetzbar. Sie ist alternativ mit den Ausgestaltungen gemäß den 2 bis 4 kombinierbar. Auch eine Kombination mit der Ausgestaltung gemäß 5 ist möglich. In diesem Fall muss dem Sollwertermittler 11 lediglich der zeitlich letzte zukünftige Leitwert X(nT) zugeführt werden. Der Sollwertermittler 11 muss anhand des zeitlich letzten zukünftigen Leitwerts X(nT) nur den zeitlich letzten zukünftigen Lagesollwert x*(nT) ermitteln.
  • Auch 7 zeigt eine Abwandlung der Ausgestaltung von 6. Gemäß 7 sind dem Sollwertermittler 11 der momentane Leitwert X(0), eine Leitwertänderung δX und eine Anzahl n von Zeitversätzen δti vorgegeben. Die Zeitversätze δti können dem Sollwertermittler 11 alternativ explizit vorgegeben werden oder analog zu den 2 bis 5 implizit – beispielsweise durch den Arbeitstakt T – vorgegeben sein.
  • Bei der Ausgestaltung gemäß 7 ermittelt der Sollwertermittler 11 in einem ersten Schritt für jeden Zeitversatz δti anhand des momentanen Leitwerts X(0) oder des zeitlich unmittelbar vorhergehenden Leitwerts X(ti) (i = 1, ..., n – 1) und der Leitwertänderung δX den korrespondierenden zukünftigen Leitwert X(ti) (i = 1, ..., n) für den betreffenden Zeitversatz δti. In einem zweiten Schritt ermittelt der Sollwertermittler 11 anhand des jeweiligen Leitwertes X(0), X(ti) den korrespondierenden Lagesollwert x*(0), x*(ti).
  • Es ist möglich, dass die Leitwertänderung δX zeitlich konstant ist, also nicht variierbar ist. In diesem Fall ist es zwar möglich, aber nicht zwingend erforderlich, dem Sollwertermittler 11 die Leitwertänderung δX explizit vorzugeben. Sie kann auch intern festgelegt sein.
  • Auch die Vorgehensweise der 7 ist nicht nur mit der Ausgestaltung von 1, sondern auch mit den Ausgestaltungen gemäß den 2 bis 5 kombinierbar.
  • Bei den obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 7 beschriebenen Ausgestaltungen wurde angenommen, dass der Lageregler 1 schaltungstechnisch derart ausgebildet ist, dass er eines der obenstehend beschriebenen Lageregelverfahren ausführt. Diese Ausgestaltung ist zwar möglich, nicht jedoch zwingend. Alternativ zur schaltungstechnischen Ausgestaltung ist es gemäß 8 möglich, dass der Lageregler 1 einen Programmspeicher 12 und eine Arbeitseinrichtung 13 aufweist. Im Programmspeicher 12 ist in diesem Fall ein Reglerprogramm 14 hinterlegt. Die Arbeitseinrichtung 13 ist mit dem Programmspeicher 12 verbunden. Von ihr ist das Reglerprogramm 14 ausführbar. Wenn die Arbeitseinrichtung 13 das Reglerprogramm 14 abarbeitet, führt sie eines der obenstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lageregelverfahren aus. Die Arbeitseinrichtung 13 ist üblicherweise als Mikroprozessor oder als Mikro controller ausgebildet. Die Elemente 4 bis 10 (bzw. 11) der 1 bis 7 sind in der Ausgestaltung der 8 als Softwareblöcke realisiert.
  • Zum Einspeichern des Reglerprogramms 14 in den Programmspeicher 14 kann beispielsweise eine geeignete Programmiereinrichtung 15 an den Programmspeicher 12 angekoppelt werden. Die Programmiereinrichtung 15 weist einen Datenträger 16 auf, in dem das Reglerprogramm 14 gespeichert ist. Der Datenträger 16 kann beispielsweise eine Festplatte oder ein mobiler Datenträger (USB-Stick, CD-ROM, ...) sein.
  • Unabhängig davon, ob der Lageregler 1 (entsprechend den 1 bis 7) das erfindungsgemäße Lageregelverfahren schaltungstechnisch realisiert oder ob er das erfindungsgemäße Lageregelverfahren (gemäß 8) durch entsprechende Programmierung realisiert, kann der Lageregler 1 mit diskreten Bauelementen aufgebaut sein. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Lageregler jedoch in einen ASIC 17 integriert.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Lageregelverfahrens und des erfindungsgemäßen Lagereglers 1 ist auf einfache Weise eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich bessere Lageregelung der Achse 2 möglich.
  • Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

Claims (11)

  1. Lageregelverfahren für eine Achse (2), – wobei einem Lageregler (1) ein momentaner Lageistwert (x(0)), ein momentaner Lagesollwert (x*(0)) und eine Anzahl (n) von zukünftigen Lagesollwerten (x*(ti)) sowie für jeden zukünftigen Lagesollwert (x*(ti)) ein für dessen Zeitversatz (δti) zum jeweils unmittelbar vorhergehenden Lagesollwert (x*(0), x*(ti)) charakteristischer Wert vorgegeben sind, – wobei der Lageregler (1) anhand eines Modells (6) der Achse (2) eine momentane Stellgröße (S(0)) und für die zukünftigen Lagesollwerte (x*(ti)) jeweils eine erwartete Stellgröße (S(ti)) und einen erwarteten Lageistwert (x(ti)) ermittelt, – wobei der Lageregler (1) die momentane Stellgröße (S(0)), die erwarteten Stellgrößen (S(ti)) und die erwarteten Lageistwerte (x(ti)) derart ermittelt, dass eine Gesamtabweichung (G) des momentanen Lageistwerts (x(0)) und der erwarteten Lageistwerte x(ti)) von den korrespondierenden Lagesollwerten (x*(0), x*(ti)) gemäß einer vorbestimmten Wertungsfunktion optimiert wird, – wobei der Lageregler (1) die Achse (2) entsprechend der momentanen Stellgröße (S(0)) ansteuert.
  2. Lageregelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitversatz (δti) für alle zukünftigen Lagesollwerte (x*(ti)) der gleiche ist.
  3. Lageregelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Arbeitstakt (T) getaktet ausgeführt wird und dass der Zeitversatz (δti) ein ganzzahliges Vielfaches (Ni) des Arbeitstaktes (T) ist, insbesondere gleich dem Arbeitstakt (T) ist.
  4. Lageregelverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl (n) von zukünftigen Lagesollwerten (x*(ti)) größer als eins ist.
  5. Lageregelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lageregler (1) ein momentaner Leitwert (X(0)) und eine Anzahl (n) von zukünftigen Leitwerten (X(ti)) vorgegeben sind und dass der Lageregler (1) die Lagesollwerte (x*(0), x*(ti)) anhand der Leitwerte (X(0), X(ti)) ermittelt.
  6. Lageregelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lageregler (1) ein momentaner Leitwert (X(0)), eine Leitwertänderung (δX) sowie für Zeitversätze (δti) zukünftiger Leitwerte (X(ti)) zum jeweils unmittelbar vorhergehenden Leitwert (X(0), X(ti)) charakteristische Werte vorgegeben sind, dass der Lageregler (1) die zukünftigen Leitwerte (X(ti)) anhand des momentanen Leitwerts (X(0)), der Leitwertänderung (δX) und der Zeitversätze (δti) ermittelt und dass der Lageregler (1) die Lagesollwerte (x*(0), x*(ti)) anhand der Leitwerte (X(0), X(ti)) ermittelt.
  7. Lageregler, der derart ausgebildet ist, dass er im Betrieb ein Lageregelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
  8. Lageregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er in einen ASIC (17) integriert ist.
  9. Lageregler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er derart schaltungstechnisch ausgebildet ist, dass von ihm ein Lageregelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführbar ist.
  10. Lageregler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Programmspeicher (12) und eine mit dem Programmspeicher (12) verbundene Arbeitseinrichtung (13) aufweist, dass in dem Programmspeicher (12) ein Reglerprogramm (14) hinterlegt ist, dass das Reglerprogramm (14) von der Arbeitseinrichtung (13) ausführbar ist und dass die Arbeitseinrichtung (13) bei Abarbeitung des Reglerprogramms (14) ein Lageregelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
  11. Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Reglerprogramm (14), wobei das Reglerprogramm (14) bewirkt, dass ein Lageregler (1) nach Anspruch 10 ein Lageregelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt, wenn es im Programmspeicher (12) des Lagereglers (1) hinterlegt ist und von der Arbeitseinrichtung (13) des Lagereglers (1) ausgeführt wird.
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