DE102015222227B4 - Speed control for an electric drive system with elastic coupling - Google Patents
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- H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
- H02P2205/07—Speed loop, i.e. comparison of the motor speed with a speed reference
Abstract
Verfahren zum Betrieb eines Drehzahlreglers (3) für ein elektrisches Antriebssystem (1); wobei das elektrische Antriebssystem (1) einen Motor (2) und eine vom Motor angetriebene Last (5) aufweist, welche über eine elastische Kopplung (4) mit dem Motor (2) verbunden ist; und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ermitteln von Drehzahlregler-Parametern (kp, TN), zum dynamischen, stabilen Regeln des elektrischen Antriebsystems (1) durch eine Anwendung eines virtuellen offenen Regelkreis einer Lastdrehzahl (ω2), wobei
die Lastdrehzahl (ω2) nicht gemessen wird und nicht geregelt wird, sondern aus der Regelung einer Motordrehzahl (ω1) resultiert, und
Ermitteln der Drehzahlregler-Parameter (kp, TN) unter Verwendung eines vorgegebenen Kriteriums (Mr) für ein Maximum des Amplitudengangs der Lastdrehzahl (ω2) an der Last (5) des elektrischen Antriebssystems (1).
Method for operating a speed controller (3) for an electrical drive system (1); wherein the electric drive system (1) has a motor (2) and a load (5) driven by the motor, which load is connected to the motor (2) via an elastic coupling (4); and the method comprises the following steps:
Determination of speed controller parameters (k p , T N ) for dynamic, stable control of the electric drive system (1) by using a virtual open control loop of a load speed (ω 2 ), where
the load speed (ω 2 ) is not measured and is not regulated, but rather results from the regulation of an engine speed (ω 1 ), and
Determination of the speed controller parameters (k p , T N ) using a predetermined criterion (M r ) for a maximum of the amplitude response of the load speed (ω 2 ) at the load (5) of the electric drive system (1).
Description
Technischer BereichTechnical part
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb oder zur Konfiguration eines Drehzahlreglers für ein elektrisches Antriebssystem sowie eine entsprechende Vorrichtung.The present invention relates to a method for operating or configuring a speed controller for an electrical drive system and a corresponding device.
Technischer HintergrundTechnical background
Durch einen elektrischen Antrieb wird elektrische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt. Ein Elektroantrieb kann hierfür einen Elektromotor umfassen, welcher mittels einer entsprechenden Steuerung geregelt wird. Durch die Steuerung kann insbesondere die Drehzahl des Elektromotors geregelt werden. Ein entsprechender Drehzahlregelkreis kann dabei einen untergeordneten Stromregelkreis überlagern.An electrical drive converts electrical energy into mechanical work. For this purpose, an electric drive can comprise an electric motor which is regulated by means of a corresponding controller. In particular, the speed of the electric motor can be regulated by the controller. A corresponding speed control loop can superimpose a subordinate current control loop.
In der Antriebstechnik wird häufig eine Last über eine Kopplung, die beispielsweise eine Welle sein kann, von einem elektrischen Antrieb, welcher einen Elektromotor umfasst, bewegt. Insbesondere wenn der Motor und die Last weiter voneinander beabstandet sind, also die beispielsweise eine Welle lang ist, kann die Kopplung nicht mehr als starr angesehen werden. Vielmehr ist die Verbindung zwischen dem Motor und der Last in der Realität eine elastische Kopplung, welche als elastische Drehfeder modelliert werden kann.In drive technology, a load is often moved by an electric drive, which includes an electric motor, via a coupling, which can be a shaft, for example. In particular, if the motor and the load are further apart, that is to say if one shaft is long, for example, the coupling can no longer be viewed as rigid. Rather, the connection between the motor and the load is in reality an elastic coupling, which can be modeled as an elastic torsion spring.
Zur Regelung eines Elektromotors kann eine Ist-Drehzahl des Motors erfasst werden, die mit einer Soll-Drehzahl verglichen wird. Entsprechend der bestimmten Abweichung wird der Motor von der Steuerung geregelt bzw. nachgeregelt. Bei einer solchen Regelung in einem geschlossenen Regelkreis bezüglich des Motors können optimale Frequenzgänge der Motordrehzahl erzielt werden.To regulate an electric motor, an actual speed of the motor can be recorded, which is compared with a target speed. The motor is regulated or readjusted by the controller in accordance with the specific deviation. With such a closed-loop control with respect to the motor, optimal frequency responses of the motor speed can be achieved.
Jedoch kann bei einer solchen Optimierung der Regelung bezüglich der Drehzahl des Motors die an den Motor gekoppelte Last ein unbefriedigendes Drehzahlverhalten aufweisen. Beispielsweise kann der entsprechende Frequenzgang der Lastdrehzahl bei einer bestimmten Drehzahl einen hohen Resonanzpeak aufweisen, der unerwünscht ist. In ungünstigen Fällen kann durch die Resonanzschwingung der Last das gesamt Antriebssystem Schaden nehmen.However, with such an optimization of the regulation with respect to the speed of the motor, the load coupled to the motor can have an unsatisfactory speed behavior. For example, the corresponding frequency response of the load speed at a certain speed can have a high resonance peak, which is undesirable. In unfavorable cases, the entire drive system can be damaged by the resonance oscillation of the load.
Um dies zu vermeiden, ist es möglich auch die Drehzahl der Last mittels eines entsprechenden Sensors zu erfassen und zur Regelung des Motors zu Grunde zu legen werden. Jedoch ist es hierfür erforderlich, einen entsprechenden Sensor an der Last bereitzustellen, was nicht in jedem Anwendungsfall möglich ist und was einen flexiblen Einsatz des elektrischen Antriebssystems einschränkt.In order to avoid this, it is also possible to detect the speed of the load by means of a corresponding sensor and to use it as a basis for regulating the motor. However, it is necessary for this to provide a corresponding sensor on the load, which is not possible in every application and which restricts the flexible use of the electrical drive system.
Es ist ferner bekannt, die Stabilität eines Antriebs mit einer elastischen Verbindung zu erhöhen, indem ein Standardregelkreis um zusätzliche Regelblöcke ergänzt wird. So ist beispielsweise in der
Aus der
Es ist bekannt, dass bei einer harten elastischen Kopplung eine Drehzahlregelung näherungsweise so eingestellt werden kann, wie es bei einer starren Verbindung zwischen Motor und Last der Fall ist. Bei einer weichen elastischen Kopplung kann im Vergleich zu der starren Verbindung zwischen Motor und Last ein Verstärkungsparameter für die Drehzahlregelung um einen Faktor reduziert werden, um eine stabile Regelung zu erhalten. Abgesehen von diesen Grenzfällen ist es jedoch schwierig eine Regelung eines realen elektrischen Antriebs effizient und dennoch sicher auszulegen.It is known that with a hard elastic coupling, a speed control can be set approximately in the same way as it is the case with a rigid connection between the motor and the load. With a soft, elastic coupling, a gain parameter for the speed control can be reduced by a factor in comparison to the rigid connection between the motor and the load in order to obtain a stable control. Apart from these borderline cases, however, it is difficult to design a control of a real electric drive to be efficient and yet safe.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem eine effiziente Drehzahlregelung für ein elektrisches Antriebssystem bereitgestellt werden kann. Es ist dabei insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehzahlregelung bereitzustellen, welche eine stabile Regelung eines elektrischen Antriebssystems mit einer elastischen Kopplung ermöglicht. Dabei soll sich die Regelung durch möglichst optimale Dämpfungseigenschaften und eine möglichst maximale Dynamik auszeichnen.It is therefore an object of the present invention to provide a method with which an efficient speed control can be provided for an electrical drive system. In particular, it is an object of the present invention to provide a speed control which enables stable control of an electrical drive system with an elastic coupling. The regulation should be characterized by the best possible damping properties and the greatest possible dynamics.
Diese und weitere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, werden durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst.These and other objects, which will become apparent from the following description, are achieved by a method according to
Inhalt der ErfindungContent of the invention
Die oben genannten Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Drehzahlreglers für ein elektrisches Antriebssystem gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung für einen Drehzahlregler eines elektrischen Antriebssystems gemäß Anspruch 10. Der Betrieb des Drehzahlreglers kann dabei das Einstellen oder Konfigurieren des Drehzahlreglers umfassen. Dabei betrifft die Erfindung ferner die Konfiguration des Drehzahlreglers.The above-mentioned objects are achieved by a method for operating a Speed controller for an electric drive system according to
Insbesondere kann das Verfahren dabei zum Ermitteln von Regelungsparametern eines entsprechenden Drehzahlreglers verwendet werden. Das elektrische Antriebssystem umfasst dabei einen Motor und eine vom Motor angetriebene Last, wobei die Last über eine elastische Kopplung mit dem Motor verbunden ist. Die elastische Kopplung kann dabei beispielsweise eine Antriebswelle und auch ein Getriebe umfassen.In particular, the method can be used to determine control parameters of a corresponding speed controller. The electric drive system comprises a motor and a load driven by the motor, the load being connected to the motor via an elastic coupling. The elastic coupling can include, for example, a drive shaft and also a transmission.
Gemäß des Verfahrens werden Drehzahlregler-Parameter mithilfe bzw. durch eine Anwendung eines offenen Regelkreises einer Drehzahl der Last ermittelt, wobei jedoch die Drehzahl der Last selbst nicht gemessen wird. Entsprechend ist der offene Regelkreis der Drehzahl der Last ein virtueller offener Regelkreis. Dabei wird vorzugsweise nicht die Drehzahl der Last selbst geregelt sondern die Drehzahl des Motors. Vorzugsweise umfassen die Drehzahlregler-Parameter eine Regler-Nachstellzeit und eine Regler-Proportionalverstärkung. Der Drehzahlregler kann somit ein PI-Regler sein.According to the method, speed controller parameters are determined with the aid of an open control loop application of a speed of the load, but the speed of the load itself is not measured. Correspondingly, the open loop of the speed of the load is a virtual open loop. The speed of the load itself is preferably not regulated, but rather the speed of the motor. The speed controller parameters preferably include a controller reset time and a controller proportional gain. The speed controller can thus be a PI controller.
Ferner werden die Drehzahlregler-Parameter unter Verwendung eines Kriteriums für ein Maximum des Amplitudengangs der Lastdrehzahl der Last des elektrischen Antriebssystems ermittelt. Dieses Kriterium kann dabei beschreiben, wie sehr das Antriebssystem zum Schwingen neigt. Vorzugsweise beschreibt das Kriterium das Maximum des Amplitudengangs eines geschlossenen Regelkreises der Drehzahl der Last. Somit wird vorzugsweise der offene Regelkreis der Drehzahl der Last auf das vorgegebene Kriterium eingestellt. Durch Aufbau eines virtuellen offenen Regelkreises für die Drehzahl der Last kann präzise das Schwingungsverhalten der Last kontrolliert werden, indem die Regelung der Drehzahl des Motors letztendlich unter Berücksichtigung des Kriteriums bzw. dem Verhalten der Drehzahl der Last erfolgt.Furthermore, the speed controller parameters are determined using a criterion for a maximum of the amplitude response of the load speed of the load of the electric drive system. This criterion can describe how much the drive system tends to oscillate. The criterion preferably describes the maximum of the amplitude response of a closed control loop of the speed of the load. Thus, the open control loop of the speed of the load is preferably set to the specified criterion. By setting up a virtual open control loop for the speed of the load, the oscillation behavior of the load can be precisely controlled by ultimately controlling the speed of the motor taking into account the criterion or the behavior of the speed of the load.
Der Betrieb, bzw. die Einstellung oder Konfiguration des Drehzahlreglers erfolgt somit basierend auf der Lastdrehzahl, die jedoch nicht erfasst und direkt zur Regelung verwendet werden kann. Zum Einstellen der Drehzahlregler-Parameter, bzw. zur Optimierung dieser, wird vielmehr die Größe des Resonanzpeaks des lastseitigen Frequenzgangs vorgegeben und geht in die Berechnung der optimalen Drehzahlregler-Parameter ein. Die Drehzahlregler-Parameter können somit eindeutig und präzise bestimmt werden, so dass eine effiziente und optimale Regelung möglich ist. Ein Abschätzen der Drehzahlregler-Parameter für Antriebssysteme mit elastischer Kopplung, das zu ungenauen Werten führen würde, ist nicht notwendig. Auch sind ein Abtasten und Rückführen der Lastdrehzahl im Betrieb nicht notwendig. Durch den Aufbau des offenen Regelkreises der Drehzahl der Last, der als virtuell betrachtet werden kann, da die Drehzahl der Last selbst nicht direkt geregelt wird, wird dennoch das Verhalten der Last bei der Bestimmung der Drehzahlregler-Parameter berücksichtigt.The operation, or the setting or configuration of the speed controller is therefore based on the load speed, which, however, cannot be recorded and used directly for control. To set the speed controller parameters or to optimize them, the size of the resonance peak of the load-side frequency response is specified and is included in the calculation of the optimal speed controller parameters. The speed controller parameters can thus be determined unambiguously and precisely, so that efficient and optimal control is possible. It is not necessary to estimate the speed controller parameters for drive systems with elastic coupling, which would lead to inaccurate values. Sampling and feedback of the load speed during operation are also not necessary. Due to the construction of the open control loop of the speed of the load, which can be viewed as virtual, since the speed of the load itself is not controlled directly, the behavior of the load is nevertheless taken into account when determining the speed controller parameters.
Der Fachmann versteht, dass die Drehzahl der Last auch als Lastdrehzahl bezeichnet werden kann, und ebenso die Drehzahl des Motors als Motordrehzahl bezeichnet werden kann.Vorzugsweise wird eine Drehzahl des Motors bereitgestellt und der offene Regelkreis des Drehzahlreglers weist zusätzlich einen geschlossenen Regelkreis der Drehzahl des Motors auf. Dieser geschlossene Regelkreis der Drehzahl des Motors verwendet dabei die ermittelten Drehzahlregler-Parameter. Insbesondere vorzugsweise werden die Drehzahlregler-Parameter weiterhin durch eine Anwendung des geschlossenen Regelkreises der Drehzahl des Motors ermittelt. Es wird vorzugsweise eine Motordrehzahl bereitgestellt, und die ermittelten Drehzahlregler-Parameter werden vorzugsweise durch den Drehzahlregler in einem nach der Motordrehzahl geschlossenen Regelkreis zur Regelung der Lastdrehzahl verwendet. Das Regeln der Drehzahl des Motors erfolgt somit unter Berücksichtigung einer zurückgeführten Motordrehzahl. Da die Drehzahlregler-Parameter auch für die Drehzahl der Last ermittelt wurden, ist eine effiziente Steuerung des Drehzahlreglers gegeben. Vorzugsweise beschreibt das Kriterium dabei ferner ebenso ein Maximum des Amplitudengangs des Motors, vorzugsweise ein Maximum des Amplitudengangs des geschlossenen Regelkreises der Drehzahl des Motors. Da die Drehzahlregler-Parameter sowohl den geschlossenen Regelkreis der Drehzahl des Motors als auch den virtuellen offenen Regelkreis der Drehzahl der Last betreffen, können genaue Parameter ermittelt werden, welche dem Kriterium genügen und ein gewünschtes Verhalten des elektrischen Antriebssystems bewirken. Das Kriterium berücksichtigt somit vorzugsweise sowohl die Motordrehzahl als auch die Lastdrehzahl.Those skilled in the art understand that the speed of the load can also be referred to as the load speed, and the speed of the motor can also be referred to as the motor speed. Preferably, a speed of the motor is provided and the open control loop of the speed controller also has a closed control loop of the speed of the motor on. This closed control loop of the speed of the motor uses the determined speed controller parameters. In particular, the speed controller parameters are preferably determined by using the closed control loop of the speed of the motor. A motor speed is preferably provided, and the determined speed controller parameters are preferably used by the speed controller in a control loop that is closed according to the motor speed to regulate the load speed. The regulation of the speed of the motor is thus carried out taking into account a returned motor speed. Since the speed controller parameters were also determined for the speed of the load, efficient control of the speed controller is provided. Preferably, the criterion also describes a maximum of the amplitude response of the motor, preferably a maximum of the amplitude response of the closed control loop of the speed of the motor. Since the speed controller parameters relate to both the closed control loop of the speed of the motor and the virtual open control loop of the speed of the load, precise parameters can be determined which meet the criterion and cause the desired behavior of the electrical drive system. The criterion thus preferably takes into account both the engine speed and the load speed.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren zum Betreiben bzw. Konfigurieren ein Bereitstellen von Systemparametern des elektrischen Antriebssystems. Die Systemparameter können dabei physikalische Eigenschaften des Antriebssystems wiederspiegeln. Diese Systemparameter umfassen vorzugsweise insbesondere ein Motorträgheitsmoment, ein Lastträgheitsmoment und/oder eine Federkonstante der elastischen Kopplung. Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen der Regler-Nachstellzeit unter Verwendung der bereitgestellten Systemparameter und des Kriteriums. Ferner umfasst das Verfahren vorzugsweise ein Bestimmen der Regler-Proportionalverstärkung unter Verwendung der bereitgestellten Systemparameter, des Kriteriums und der bestimmten Regler-Nachstellzeit. Es lassen sich somit genaue Drehzahlregler-Parameter ermitteln, sodass ein dynamisches, stabiles Regeln des Antriebssystems ermöglicht wird.The method for operating or configuring preferably includes providing system parameters of the electric drive system. The system parameters can reflect the physical properties of the drive system. These system parameters preferably include, in particular, a motor moment of inertia, a load moment of inertia and / or a spring constant of the elastic coupling. The method preferably further comprises determining the controller reset time using the provided system parameters and the criterion. Furthermore, the method preferably includes a determination of the controller proportional gain using the provided system parameters, the criterion and the determined controller reset time. Precise speed controller parameters can thus be determined so that dynamic, stable control of the drive system is made possible.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Regler-Nachstellzeit ein Durchführen eines Iterationsverfahrens. Insbesondere vorzugsweise ist dieses Iterationsverfahren ein Newton-Verfahren. Somit kann die Regler-Nachstellzeit sehr genau bestimmt werden.The determination of the controller reset time preferably includes performing an iteration method. This iteration method is particularly preferably a Newton method. This means that the controller reset time can be determined very precisely.
Vorzugsweise weist das Verfahren zur Steuerung eines Drehzahlreglers weiterhin ein Bestimmen eines Dämpfungsfaktors auf, welches unter Verwendung der bereitgestellten Systemparameter, der bestimmten Regler-Nachstellzeit und der bestimmten Regler-Proportionalverstärkung erfolgt. Ferner umfasst das Verfahren ein Feststellen, ob der Dämpfungsfaktor kleiner ist, als ein Schwellenwert. Wenn der Dämpfungsfaktor kleiner ist, als ein Schwellenwert, wird ein Bandsperrfilters verwendet. Dann wird anschließend die Regler-Nachstellzeit und der Regler-Proportionalverstärker wie oben beschrieben erneut bestimmt, wobei der Bandsperrfilters berücksichtigt wird. Somit wird eine robuste Reglerkonfiguration bereitgestellt, mit welcher auch Schwingungseffekte der Regelung selbst berücksichtigt werden können.Preferably, the method for controlling a speed regulator furthermore has a determination of a damping factor, which takes place using the provided system parameters, the determined controller reset time and the determined controller proportional gain. The method further includes determining whether the damping factor is less than a threshold value. If the attenuation factor is smaller than a threshold value, a notch filter is used. Then the controller reset time and the controller proportional amplifier are determined again as described above, taking the band-stop filter into account. This provides a robust controller configuration with which the vibration effects of the controller itself can also be taken into account.
Bevorzugt umfasst der Bandsperrfilter einen Kerbfilter (engl.: notch filter) oder zwei Kerbfilter.The band-stop filter preferably comprises a notch filter or two notch filters.
Ferner werden die oben genannten Aufgaben gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Drehzahlregler eines elektrischen Antriebssystems. Die Vorrichtung kann dabei vorzugsweise in Form eines Antriebsreglers ausgestaltet sein. Dabei umfasst das elektrische Antriebssystem einen Motor und eine vom Motor angetriebene Last, welche über eine elastische Kopplung mit dem Motor verbunden ist. Eine Drehzahl der Last wird durch die Vorrichtung nicht gemessen. Die Vorrichtung ist eingerichtet, eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen, um vorzugsweise eine Konfiguration des Drehzahlreglers zu erhalten.Furthermore, the above-mentioned objects are achieved by a device with a speed controller of an electrical drive system. The device can preferably be designed in the form of a drive controller. The electric drive system includes a motor and a load driven by the motor, which is connected to the motor via an elastic coupling. A speed of rotation of the load is not measured by the device. The device is set up to carry out one of the methods described above in order to preferably obtain a configuration of the speed controller.
FigurenlisteFigure list
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt:
-
1 schematisch ein elektrisches Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform; -
2 schematisch ein Blockschaltbild einer Regelungsstrecke; -
3 und4 den Amplitudengang einer Motor- und Lastdrehzahl; -
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Drehzahlreglers gemäß einer Ausführungsform; -
6 und7 den Amplitudengang einer Motor- und Lastdrehzahl gemäß einer Ausführungsform; -
8 und9 den Amplitudengang einer Motor- und Lastdrehzahl gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Drehzahlreglers gemäß weiteren Ausführungsform; und -
11 und12 den Amplitudengang einer Motor- und Lastdrehzahl gemäß einer weiteren Ausführungsform.
-
1 schematically an electric drive system according to an embodiment; -
2 schematically a block diagram of a control system; -
3 and4th the amplitude response of a motor and load speed; -
5 a flowchart of a method for controlling a speed controller according to an embodiment; -
6th and7th the amplitude response of a motor and load speed according to an embodiment; -
8th and9 the amplitude response of a motor and load speed according to a further embodiment; -
10 a flowchart of a method for controlling a speed controller according to a further embodiment; and -
11 and12th the amplitude response of a motor and load speed according to a further embodiment.
Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred exemplary embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.In the following, preferred embodiments of the invention are described with reference to the accompanying drawings.
Die
Der Motor
Die Übertragungsfunktion des Reglers
Für die Parametrisierung des Drehzahlreglers
Die
Der Regelkreis wurde dabei ausschließlich unter Berücksichtigung der Motordrehzahl ω1 optimiert, so dass Mr = 1,2 beträgt. Daraus folgten die Drehzahlregler-Parameter kp = 1413 s-1 und TN = 2,91 ms.The control loop was optimized exclusively taking into account the engine speed ω 1 , so that M r = 1.2. This resulted in the speed controller parameters k p = 1413 s -1 and T N = 2.91 ms.
Wie aus
Mittels der vorliegenden Erfindung wird auch der ω2-Frequenzgang, hinsichtlich eines vorgegebenen Resonanzpeaks Mr optimiert, ohne dass ein Geber auf Lastseite bereitgestellt werden muss. Hierzu wird ein virtueller offener ω2- Regelkreis aufgebaut, und anschließend der Regelkreis auf einen gewünschten Mr-Wert eingestellt. Da ω2 selbst nicht direkt geregelt wird, ist der offene ω2-Regelkreis als ein virtueller Regelkreis zu betrachten. Es wird letztendlich ω1 geregelt, unter der Berücksichtigung von ω1 und einem vorgegebenen Mr.By means of the present invention, the ω 2 frequency response is also optimized with regard to a predetermined resonance peak M r , without a transmitter having to be provided on the load side. For this purpose, a virtual open ω 2 control loop is set up, and the control loop is then set to a desired M r value. Since ω 2 itself is not controlled directly, the open ω 2 control loop should be viewed as a virtual control loop. Ultimately, ω 1 is regulated, taking into account ω 1 and a predetermined M r .
Die Drehzahlregler-Parameter ergeben sich aus bekannten Zusammenhängen zwischen Übertragungsfunktionen eines offenen und geschlossenen Regelkreises. Es folgt für die Regler-Nachstellzeit TN:
Die Zeitkonstante T2 beschreibt dabei die Eigenfrequenz der Last Ω2, und ist definiert als T2 = Ω2 -1.Im Detail hängt T2 von J1, J2 und c wie folgt ab:
Zur Lösung der kubischen Gleichung bzw. zum Erhalt einer Näherung von TN wird eine Iterationsmethode verwendet. Dazu wird zunächst TN für die Annahme Ti = 0 bestimmt, und anschließend mittels der Iterationsmethode von Newton verfeinert. Dem folgend wird die Regler-Proportionalverstärkung kp wie folgt bestimmt:
In Schritt
In Schritt
Die
Wie aus
Mittels dieser präzisen, genauen Berechnung kann ein Drehzahlregler
Die
Bei der Entscheidung
Anschließend werden in Schritt
Die
Wie aus den Figuren ersichtlich wird, wird das Kriterium Mr = 1,2 sowohl von ω1 als auch von ω2 nun erfüllt. Die Verwendung eines Bandsperrfilters kann jedoch eine hohe Empfindlichkeit des Regelkreises gegenüber Parameteränderungen des Zweimassenschwingers aufweisen. Vorzugsweise werden daher zwei Bandsperrfilter zweiter Ordnung gleicher Güte in Reihe geschaltet, deren Mittelfrequenzen etwas gegeneinander verstimmt sind. Dadurch kann eine gute Unterdrückung für eine deutlich größere Bandbreite erreicht werden. Die Berechnung der Drehzahlregler-Parameter bleibt dabei grundsätzlich unverändert, lediglich der Filter-Dämpfungsfaktor ist zu verdoppeln. Dadurch kann ein sehr robustes System bereitgestellt werden, mit einem gewünschten Schwingungsverhalten.As can be seen from the figures, the criterion M r = 1.2 is now fulfilled by both ω 1 and ω 2. The use of a band-stop filter can, however, have a high sensitivity of the control loop to parameter changes of the two-mass oscillator. Two band-stop filters of the second order of the same quality are therefore preferably connected in series, the center frequencies of which are somewhat detuned from one another. As a result, good suppression can be achieved for a significantly larger bandwidth. The calculation of the speed controller parameters remains basically unchanged, only the filter damping factor needs to be doubled. As a result, a very robust system can be provided with a desired vibration behavior.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- elektrisches Antriebssystemelectric drive system
- 22
- Motorengine
- 33
- DrehzahlreglerSpeed controller
- 44th
- elastische Kopplungelastic coupling
- 55
- Lastload
- 66th
- AntriebsreglerDrive controller
- 2121
- Übertragungsfunktion des ReglersTransfer function of the controller
- 2222nd
- Übertragungsfunktion der StreckeTransfer function of the route
- 2323
- Übertragungsfunktion der LastTransfer function of the load
- 101101
- Bereitstellung der Systemparameter des elektrischen AntriebssystemsProvision of the system parameters of the electric drive system
- 102102
- Bestimmung der Regler-Nachstellzeit TN Determination of the controller reset time T N
- 103103
- Bestimmung der Regler-Proportionalverstärkung kp Determination of the controller proportional gain k p
- 201201
- Bereitstellung der Systemparameter des elektrischen AntriebssystemsProvision of the system parameters of the electric drive system
- 202202
- Bestimmung der Regler-Nachstellzeit TN Determination of the controller reset time T N
- 203203
- Bestimmung der Regler-Proportionalverstärkung kp Determination of the controller proportional gain k p
- 204204
- Entscheidung, ob Bandsperrfilter eingesetzt istDecision whether a band-stop filter is used
- 205205
- Bestimmung des Dämpfungsfaktors des virtuellen PT2-GliedesDetermination of the damping factor of the virtual PT2 element
- 206206
- Entscheidung, of Dämpfungsfaktor größer ist, als ein SchwellenwertDecision of the damping factor is greater than a threshold value
- 207207
- Ende des VerfahrensEnd of the process
- 208208
- Verwendung eines Bandsperrfilters im DrehzahlreglerUse of a band-stop filter in the speed controller
- 209209
- Bestimmung der Koeffizienten A0, A1, A2 der kubischen Gleichung für TN Determination of the coefficients A 0 , A 1 , A 2 of the cubic equation for T N
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DE10340400A1 (en) * | 2003-09-02 | 2005-04-21 | Siemens Ag | Damping low frequency load oscillations for regulated drive involves amplifying detected natural frequency signal depending on defined degree of damping, feeding back in relation to defined desired motor revolution rate value |
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2015
- 2015-11-11 DE DE102015222227.6A patent/DE102015222227B4/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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