DE102007033467A1

DE102007033467A1 - Reglereinrichtung für Antriebsmotoren

Info

Publication number: DE102007033467A1
Application number: DE200710033467
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Budde; Ingo Geier; Klaus Oberndorfer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-01-22
Also published as: WO2009010459A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur genauen Regelung des Drehmomentes von elektrischen Antrieben mit einem Servomotor, bei dem der Wert des Drehwinkels des Motors durch einen Geber erfasst und an die Regeleinrichtung übertragen wird. Erf einem Speicher (1) gespeichert und diese Kennwerte werden zur Steuerung des Motorstromes genutzt. Somit erhält man eine Regeleinrichtung, mit der eine genaue Regelung des Drehmomentes von Antriebsmotoren möglich ist, ohne dass Sensoren verwendet werden müssen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur genauen Regelung des Drehmomentes von elektrischen Antrieben mit einem Servomotor, bei dem der Wert des Drehwinkels des Motors durch einen Geber an die Regeleinrichtung übertragen wird.
Es gibt viele Prozesse, bei denen es auf eine hohe Genauigkeit des Drehmomentes von elektrisch angetriebenen Achsen ankommt, etwa bei dem Abzugsmoment von Wicklern oder dem Einspritzdruck von elektrischen Kunststoffspritzgießmaschinen.
Bisher werden entsprechende Sensoren verwendet, etwa Momenten- oder Drucksensoren, über die der zu regelnde Wert direkt gemessen und in der Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung des Motorstroms genutzt wird.
Bei einem anderen Ansatz wird in die Regeleinrichtung hinein ein Motormodell hinterlegt, anhand dessen die Drehmomentkonstante des Elektromotors geschätzt wird und daraufhin die Regelung erfolgt. Dieses Vorgehen liefert aber nur Näherungswerte.
In der EP 0 896 265 A1 wird eine Antriebsvorrichtung beschrieben, bei der im Gehäuse des Elektromotors ein Speicher vorgesehen ist, in dem motorspezifische Daten abgelegt sind und die über eine Signalleitung zu einem Steuermodul übertragen werden. Die in dieser Anmeldung genannten Parameter behandeln Reglercharakteristiken, aber auch Motordaten wie maximal zulässige Drehzahl, maximal zulässiger Strom, Anlaufparameter oder Art des Antriebes, also Synchron- oder Asynchronmotor.
Die Anmeldung gibt keinen Hinweis auf die Motorkennwerte, die für eine genaue Drehmomentregelung erforderlich sind.
Es wird also immer noch ein weiterer Sensor benötigt, der zur Regelung des Drehmomentes genutzt wird.
Die für die genaue Regelung des Drehmomentes notwendigen Parameter sind die Drehmomentkonstante des Motors und die Informationen zu der winkelabhängigen Nutrastenwelligkeit.
Die Drehmomentkonstante des Motors ist das Verhältnis des Stromes zu dem resultierenden Drehmoment. Diese Konstante weicht fertigungsbedingt von Motor zu Motor bis zu einigen Prozent ab und ist auch arbeitspunktabhängig. So nimmt sie jenseits der Nenndrehzahl stark ab.
Die Drehmomentenwelligkeit ist die winkelabhängige Abweichung des Drehmomentes des Motors bei konstantem Strom, die sich aus dem so genannten Nutrasten des Motors ergibt. Sie überlagert sich periodisch dem Wellenmoment des Motors.
Die genaue Kenntnis dieser beiden Kennwerte eines Motors ist erforderlich, wenn für eine Momentenregelung oder -steuerung auf einen Sensor für das erzeugte Drehmoment oder den resultierenden Druck verzichtet werden soll.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung anzugeben, die eine genaue Regelung des Drehmomentes von Antriebsmotoren erlaubt, ohne dass Sensoren diesen Wert erfassen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Speicherung der Kennwerte des Servomotors in einem Speicher stehen die für die Regelung des Motorstroms zur genauen Momentensteuerung notwendigen Informationen zur Verfügung, ohne dass es eines entsprechenden Sensors bei dem Prozess bedarf. Es können also auch Motoren eingesetzt werden, die ursprünglich nicht für diesen Einsatzfall gedacht waren und bei denen die Kennwerte auf einem Motorprüfstand ermittelt wurden.
Für die Momentenregelung sind die Kenntnis der Drehmomentkonstante des Motors und der Drehmomentenwelligkeit erforderlich. Die Drehmomentkonstante ist arbeitspunktabhängig und die Drehmomentenwelligkeit ist winkelabhängig. Beide Kennwerte werden als Funktionsverläufe in dem Speicher abgelegt. Sie werden durch die Regeleinrichtung aus dem Speicher ausgelesen und zur Steuerung/Regelung des Motorstromes verwendet.
Der Speicher ist günstigerweise als nichtflüchtiger Halbleiterspeicher ausgeführt und die gespeicherten Kennwerte werden zur Regeleinrichtung übertragen. Dabei kann der Geber in allen üblichen Techniken, also als Absolutwertgeber oder inkrementeller Geber, ausgeführt sein.
Die Kennwerte werden vorteilhafterweise bei der Herstellung des Motors ermittelt und in dem Speicher hinterlegt.
Diese Signalübertragung entspricht dabei günstigerweise einem standardisierten seriellen Bus. Damit können dann auch handelsübliche Computer an diese Signalleitung angeschlossen werden und die Werte ausgelesen und verändert werden. So können auf einem Prüfstand ermittelte Werte in dem Speicher abgelegt werden.
Die Werte können auch dem Motor schriftlich beigelegt sein oder auf einem Datenträger geliefert werden. Sie sind dann über den Computer einfach zu übernehmen.
Zu den Kennwerten kann auch eine Identifikationsnummer gehören, über die der Motor eindeutig identifiziert werden kann.
Dann besteht die Möglichkeit, dass die Kennwerte für den Motor aus dem Internet abgerufen und in den Speicher übertragen werden.
Die Werte der Drehmomentenwelligkeit können auch in einer installierten Anlage durch die Regeleinrichtung ermittelt werden. Dazu wird die Last vom Motor getrennt und mit einer genügend hohen Anzahl von Stützpunkten über 360° der Strom gemessen, der notwendig ist, den Motor in dieser Position in Lageregelung zu halten.
Es ist auch vorgesehen, dass eine Regeleinrichtung mehrere Servomotoren steuert. Dazu sind zu jedem Servomotor die Kennwerte in den zugehörigen Speichern hinterlegt und diese werden von der Regeleinrichtung ausgelesen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Regeleinrichtung mit Servomotor;
2 die gleiche Anordnung mit mehreren Servomotoren;
3 ein Diagramm für die Drehmomentkonstante kT und
4 ein Diagramm für die Drehmomentenwelligkeit MW.
In 1 ist schematisch die Anordnung der Regeleinrichtung R und des Motors M mit seinem Geber G dargestellt. Der Geber G nimmt den Drehwinkel des Motors auf und gibt ihn über die Signalleitung 2 an die Regeleinrichtung R. Diese steuert den Strom in den Anschlussleitungen 5 für den Motor M. Im Gehäuse 4 des Gebers G ist auch der Speicher 1 untergebracht. Die Werte in dem Speicher 1 werden auch über die Signalleitung 2 zu der Regeleinrichtung 3 übertragen.
In 2 ist die gleiche Anordnung mit drei Motoren M dargestellt. An der Regeleinrichtung R sind die jeweiligen Anschlussleitungen 5 für die Motoren angeschlossen, um sie mit geregeltem Strom zu versorgen.
Die Signalleitung 2 führt hier zu jeweils einem Steckverbinder 3 an den Gebergehäusen 4 und erlaubt damit das Auslesen der jeweiligen Speicher 1 neben der Übertragung der Werte für die Drehwinkel aus den Gebern G.
3 zeigt das Diagramm für die Drehmomentkonstante kT über dem Drehmoment MM. Weiterhin ist der Zusammenhang zwischen dem Motorstrom I und dem Drehmoment MM aufgetragen. Es ist zu sehen, dass die Drehmomentkonstante kT arbeitspunktabhängig ist. Die Werte in dem Diagramm entsprechen beispielhaft einem Motor.
In 4 ist beispielhaft ein Diagramm für die Drehmomentwelligkeit MW über dem Drehwinkel W dargestellt. Es sind die so genannten Nutrasten zu erkennen, aus denen sich das maximale Drehmoment MMmax und das minimale Drehmoment MMmin ergeben. Um eine solche Winkelabhängigkeit zu berücksichtigen, sind entsprechend viele Stützstellen für die Kennwerte MW zu erfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0896265 A1 [0005]

Claims

Regeleinrichtung zur genauen Regelung des Drehmomentes von elektrischen Antrieben mit einem Servomotor, bei dem der Wert des Drehwinkels des Motors durch einen Geber erfasst und an die Regeleinrichtung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte des Servomotors in einem Speicher (1) gespeichert sind und diese Kennwerte zur Steuerung des Motorstromes genutzt werden.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Kennwerten die Drehmomentkonstante (kT) und die Drehmomentenwelligkeit (MW) des Servomotors (M) gehören.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung der Kennwerte in einem nichtflüchtigen Halbleiterspeicher erfolgt.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte über die gleiche Signalleitung (2) wie die Werte des Drehwinkels zur Regeleinrichtung (R) übertragen werden.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte (kT, MW) bei der Herstellung des Motors (M) ermittelt und in dem Speicher (1) abgelegt werden.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte (kT, MW) veränderbar sind.
Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte über einen Computer auslesbar und veränderbar sind.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Kennwerten eine Identifikationsnummer des Motors (M) gehört.
Regeleinrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte des Motors (M) aus dem Internet abrufbar sind.
Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentenwelligkeit durch die Regeleinrichtung ermittelt wird.
Regeleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Drehmomentenwelligkeit (MW) der Strom über den Drehwinkel (W) ermittelt wird, durch den der Servomotor (M) in Lageregelung gehalten wird.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Regeleinrichtung (R) mehrere Servomotoren (M) mit jeweils Speicher (1) für die Motorkennwerte angeschlossen sind.