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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwingungskompensation von Motorharmonischen.
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Motoren, die zum Antrieb von Druckmaschinen benutzt werden, sollen sich möglichst gleichförmig drehen. Drehstrommotoren haben einen sogenannten Rippel. Durch den Rippel wird die Drehbewegung des Motors ungleichförmig, was bei Druckmaschinen zu Qualitätsmängeln führen kann.
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Aus der
DE 103 09 670 A1 ist eine Vorrichtung zur Kompensation von Momentrippeln an Druckmaschinen bekannt. Speziell ist eine Regelvorrichtung beschrieben, mit welcher periodische Störungen ausgeregelt und/oder kompensiert werden können. Die Regelvorrichtung besteht aus einem Antrieb mit Drehzahl- und Lageregelung sowie unterlagerter Drehmomentregelung unter Verwendung eines motorseitigen Drehgebers, aus dessen Signalen die motorseitigen Größen Drehwinkel, Drehzahl und Beschleunigung bestimmbar sind. Dabei umfasst das Antriebssystem noch einen Sollwertgenerator und einen Stromrichter, und mittels eines Beobachters sind lastseitige Daten berechenbar. Der Beobachter ist eingangsseitig mit dem motorseitigen Drehgeber und ausgangsseitig mit einem lastseitigen Regler verbindbar, wobei der Beobachter den lastseitigen Schleppfehler aus dem antriebsseitigen Schleppfehler und dem Torsionswinkel der Antriebswelle berechnet. Dem lastseitigen Regler sind Größen, insbesondere eine Soll-Drehzahl vom Sollwertgenerator sowie Lastmoment, Ist-Drehzahl der Last und lastseitiger Schleppfehler, vom Beobachter übermittelbar und daraus für den motorseitigen Regler Stell- und Korrekturwerte berechen- und vorgebbar. Der Beobachter kann auch mit einem Künstlichen Neuronalen Netz (KNN) ergänzt werden, welches das lastseitige Widerstandsmoment lernen und für den Beobachter bereitstellen kann.
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Der Rippel bei Drehstrommotoren sind Harmonische zur Drehbewegung des Motors. Das heißt, dass diese Harmonischen, welche im Folgenden Motorharmonische genannt werden und Schwingungen mit einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz des Drehstrommotors sind, zu einer ungleichförmigen Bewegung führen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines einfachen, effizienten und kostengünstigen Verfahrens zur Beseitigung der Rippel bei Druckmaschinen, die zu Druckbildstörungen führen, wobei es nicht um die Kompensation von Schleppfehlern geht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Es handelt sich um ein Verfahren zur Schwingungskompensation von Motorharmonischen zur Drehbewegung eines Drehstrommotors für Druckmaschinen, bei dem entweder
- a) ein Drehgeber die Drehbewegung des Motors erfasst,
- b) mittels eines Regelkreises die Drehgebersignale ausgewertet und
- c) Motorharmonische bestimmt werden und
- d) auf der Grundlage der Motorharmonischen ein Kompensationsmoment berechnet wird
oder die Größe eines Kompensationsmomentes unter Verwendung von statistischen Daten zur Kompensation der Harmonischen von bekannten Motoren berechnet wird
und nach der Berechnung des Kompensationsmomentes auf der Grundlage der Motorharmonischen gemäß den Verfahrensschritten a) bis d) oder unter Verwendung von statistischen Daten
- e) durch einen Gegenstrom das Kompensationsmoment im Drehstrommotor aufgeschlagen wird.
Nach der Konzeption der vorliegenden Erfindung wird den Rippel bildenden harmonischen Schwingungen entgegengewirkt, indem ein Gegenmoment im Motor selbst gebildet wird, das die Rippel deutlich verkleinert oder beseitigt. Die Gleichförmigkeit der
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Bewegung von Drehstrommotoren in Druckmaschinen wird wesentlich verbessert, wobei dies auch zu einer deutlichen Verbesserung der Druckbildqualität führt.
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Zur Auswertung der Drehgebersignale in Schritt b) und zur Bestimmung der Motorharmonischen in Schritt c) können Frequenzbereichsuntersuchungsverfahren, Zeitbereichsuntersuchungsverfahren oder eine Kombination aus beiden Arten von Untersuchungsverfahren angewendet werden. Es können für den gleichen Zweck auch verschiedene Logiken verwendet werden. So kann jeweils eine Logik angewendet werden, bei der
- • nur der Frequenzbereich oder
- • nur der Zeitbereich oder
- • der Frequenzbereich und der Zeitbereich immer mit gleicher Wichtung genutzt wird/werden oder
- • nach der ersten Messung mit einer Lösung gestartet wird, die dem Frequenzbereich entstammt und in der Folge dann nur noch vergleichende Methoden aus dem Zeitbereich genutzt werden, oder
- • – der letztgenannten Methodik ähnlich – Frequenzbereichs- und Zeitbereichsuntersuchungsergebnisse sich beliebig abwechseln können.
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Die Logik ist demnach ein nicht fest vorgegebener Prozess, sondern eine „unscharfe“ Methode, eine sogenannte Fuzzylogik.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in dem Verfahren eine Regelung vorgesehen, indem nach erstmaligem Aufschalten des Kompensationsmoments die Verfahrensschritte a) bis e) einmal oder mehrfach wiederholt werden. Alternativ können, wie bereits erwähnt, statistische Tabellen zur Kompensation der Harmonischen verwendet werden, die nur zu einer Steuerung führen. Das heißt, es wird nicht geregelt, sondern nur gesteuert. Es bedarf daher bei dieser Variante nicht der Verfahrensschritte a) bis d), sondern nur des Schrittes e). Die Größe des Kompensationsmomentes wird aus statistischen Größen, das heißt Kennwerten, von bekannten Motoren berechnet.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung. Es zeigt:
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1: eine Kaskadenregelung mit einem Zusatzsystem.
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Die 1 zeigt als Regelvorrichtung 1 eines Antriebssystems für Druckmaschinen eine Kaskadenregelung mit einem Beobachter 2 als Teil eines Zusatzsystems. Bei der Kaskadenregelung handelt es sich um eine Kaskadierung mehrerer Regler, die zugehörigen Regelkreise sind ineinandergeschachtelt. Dabei sind als Regelgrößen im Motor allgemein die Position (Lage) s, die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl v, die Beschleunigung a, die Spannung U und der Strom I vorgesehen. Die Reglerausgangsgröße eines Reglers, des Führungsreglers, dient dabei als Führungsgröße für einen anderen Regler, einen Folgeregler. Die Gesamtregelstrecke wird dadurch in kleinere, besser regelbare Teilregelstrecken untergliedert. Regler vergleichen innerhalb eines Regelkreises laufend das Signal des Sollwertes, beispielsweise ssoll, mit dem gemessenen und zurückgeführten Istwert, beispielsweise sist, der Regelgröße und ermitteln aus dem Unterschied der beiden Größen – der Regelabweichung (Regeldifferenz) – eine Stellgröße, welche die Regelstrecke so beeinflusst, dass die Regelabweichung im eingeschwungenem Zustand zu einem Minimum wird.
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Die Kaskadenreglung als Regelungssystem 1 umfasst dabei einen inneren Regelkreis 3, der hier als Stromregelkreis 3 mit einem PI-Regler (= proportional integral controller) und einer direkt anschließenden PT1-Regelstrecke, das heißt einer Regelstrecke mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung, dargestellt ist. Das Regelungssystem 1 umfasst des Weiteren einen mittleren Regelkreis 4 als Drehzahlregelkreis 4 mit einem PID-Regler (= proportional-integral-derivative controller) und einer dazugehörigen PT1-Regelstrecke. Der äußere Regelkreis 5 ist der Lageregelkreis 5 mit einem P-Regler (= proportional controller) und einer Regelstrecke mit I-Glied (integrierender Regler). Zusätzlich zur Kaskadenregelung ist eine Vorsteuerung 6 der Drehzahl v(vSoll) und der Beschleunigung a(aSoll) der Drehzahl v vorgesehen, wobei diese Vorsteuerung der Drehzahl v und der Beschleunigung a nicht Teil der Kaskadenregelung ist, sondern lediglich der Verbesserung des Führungsverhaltens dient.
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Die Regelvorrichtung 1 umfasst darüber hinaus einen in 1 nicht dargestellten Drehgeber, aus dessen Signalen die motorseitigen Größen Drehwinkel, Geschwindigkeit bzw. Drehzahl v und Beschleunigung a bestimmbar sind. Mittels des Beobachters 2 sind lastseitige Daten berechenbar. Der Beobachter 2 ist eingangsseitig mit dem Drehgeber und ausgangsseitig mit dem PI-Regler des Stromregelkreises 3 verbunden. Der Drehgeber befindet sich vorteilhafterweise direkt am Drehstrommotor und erfasst die Drehbewegung des Drehstrommotors. Es erfolgt eine Signalerfassung der Drehgebersignale. Mittels eines zusätzlichen Regelkreises 7 mit dem Beobachter 2 als Zusatzsystem werden die Drehgebersignale ausgewertet, wobei eine Zeitbereichs-(ZB)- und Frequenzbereichs-(FB)-untersuchung des Drehgebersignals vorgenommen wird. Unter Nutzung beider Untersuchungen, des Zeitbereichsuntersuchungsverfahrens und des Frequenzbereichsuntersuchungsverfahrens, erfolgt die Bestimmung der Motorharmonischen durch den Beobachter 2 und auf der Grundlage der Motorharmonischen die Berechnung eines Kompensationsmoments, wonach das Kompensationsmoment im Drehstrommotor durch einen Gegenstrom aufgeschaltet wird. Danach erfolgt eine erneute Messung der Drehbewegung des Drehstrommotors durch den Drehgeber und eine entsprechende Auswertung der Drehgebersignale und die erneute Berechnung und Aufschaltung eines Kompensationsmoments. Auf diese Weise wird eine Regelung gebildet, die zu einer deutlichen Verringerung bzw. Beseitigung des Rippels des Drehstrommotors führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Regelungssystem, Regelvorrichtung
- 2
- Beobachter
- 3
- innerer Regelkreis, Stromregelkreis
- 4
- mittlerer Regelkreis, Drehzahlregelkreis
- 5
- äußerer Regelkreis, Lageregelkreis
- 6
- Vorsteuerung
- 7
- (zusätzlicher) Regelkreis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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