DE102015222227B4 - Speed control for an electric drive system with elastic coupling - Google Patents

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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).

Figure DE102015222227B4_0000
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).
Figure DE102015222227B4_0000

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 DE 44 27 697 A1 eine Steuervorrichtung offenbart, bei welcher zusätzlich Zustandsbeobachter implementiert werden. Aus der DE 103 40 400 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt, bei welcher eine zusätzliche Dämpferaufschaltung verwendet wird. Jedoch sind solche zusätzlichen Blöcke aufwendig zu implementieren und zu parametrieren, insbesondere im industriellen Umfeld.It is also known to increase the stability of a drive with an elastic connection by adding additional control blocks to a standard control loop. For example, in the DE 44 27 697 A1 discloses a control device in which state observers are additionally implemented. From the DE 103 40 400 A1 a device is also known in which an additional damper connection is used. However, such additional blocks are complex to implement and parameterize, especially in an industrial environment.

Aus der JP H07 - 15 991 A ist eine Motorsteuerung für einen Motor und eine vom Motor angetriebene Last bekannt, welche über eine elastische Kopplung mit dem Motor verbunden ist. Mit der Motorsteuerung soll ohne Erhöhung der Übersteuerung einer Geschwindigkeitsantwort, die Geschwindigkeit der Maschinenlast so eingestellt werden können, dass sie in einer kurzen Anstiegszeit auf eine Geschwindigkeitssollwert reagiert.From the JP H07-15 991 A a motor controller for a motor and a load driven by the motor is known, which is connected to the motor via an elastic coupling. With the motor control, without increasing the override of a speed response, the speed of the machine load can be set so that it reacts to a speed setpoint in a short rise time.

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 claim 1 and a device according to claim 10.

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 claim 1 and by a device for a speed controller of an electric drive system according to claim 10. The operation of the speed controller can include setting or configuring the speed controller. The invention also relates to the configuration of the speed controller.

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 und 4 den Amplitudengang einer Motor- und Lastdrehzahl;
  • 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Drehzahlreglers gemäß einer Ausführungsform;
  • 6 und 7 den Amplitudengang einer Motor- und Lastdrehzahl gemäß einer Ausführungsform;
  • 8 und 9 den Amplitudengang einer Motor- und Lastdrehzahl gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Drehzahlreglers gemäß weiteren Ausführungsform; und
  • 11 und 12 den Amplitudengang einer Motor- und Lastdrehzahl gemäß einer weiteren Ausführungsform.
The present invention is described in more detail below with reference to the accompanying figures. It shows:
  • 1 schematically an electric drive system according to an embodiment;
  • 2 schematically a block diagram of a control system;
  • 3 and 4th 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 and 7th the amplitude response of a motor and load speed according to an embodiment;
  • 8th and 9 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 and 12th 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 1 zeigt schematisch ein elektrisches Antriebssystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst einen Motor 2, welcher mittels einem entsprechenden Antriebsregler 6 geregelt wird. Insbesondere kann der Antriebsregler 6 einen Drehzahlregler 3 umfassen. Der Antriebsregler 6 kann weiterhin einen PI-Regler umfassen. Der Motor 2 ist mittels einer elastischen Kopplung 4, die beispielsweise eine drehelastische Welle sein kann, mit einer Last 5 verbunden. Beispielsweise können über die elastische Kopplung 4 Drehmomente, die vom Motor 2 erzeugt werden, auf die Last 5 übertragen werden.The 1 shows schematically an electric drive system 1 according to an embodiment of the present invention. The electric drive system 1 includes an engine 2 , which by means of a corresponding drive controller 6th is regulated. In particular, the drive controller 6th a speed controller 3 include. The drive controller 6th can also include a PI controller. The motor 2 is by means of an elastic coupling 4th , which can be a torsionally flexible shaft, for example, with a load 5 connected. For example, via the elastic coupling 4th Torques given by the engine 2 generated on the load 5 be transmitted.

Der Motor 2 hat dabei ein Motorträgheitsmoment J1, die Last 5 ein Lastträgheitsmoment J2, und die elastische Kopplung 4 kann mittels einer Federkonstante c beschrieben werden. Eine Änderung einer Winkelgeschwindigkeit ω1 des Motors 2 resultiert in einer Änderung einer Winkelgeschwindigkeit ω2 der Last 5. Der Motor 2 wird dabei mittels des Antriebsreglers 6 anhand der abgetasteten Motorwinkelgeschwindigkeit ω1 geregelt. An der Last ist hingegen kein Drehzahlgeber bereitgestellt.The motor 2 has a motor moment of inertia J 1 , the load 5 a load moment of inertia J 2 , and the elastic coupling 4th can be described by means of a spring constant c. A change in an angular velocity ω 1 of the motor 2 results in a change in an angular velocity ω 2 of the load 5 . The motor 2 is done by means of the drive controller 6th regulated on the basis of the scanned motor angular speed ω 1. On the other hand, no speed sensor is provided at the load.

2 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Regelungsstrecke, welche beispielsweise zum Regeln des elektrischen Antriebssystems 1 der 1 dienen kann. Der Block 21 ist dabei die entsprechende Übertragungsfunktion für den Regler und der Block 22 ist die entsprechende Übertragungsfunktion für die Strecke. Die Blöcke 21 und 22 können beispielsweise PT1- und PT2-Glieder aufweisen. Die Drehzahl des Motors ω1 wird erfasst und für den geschlossenen Drehzahlregelkreis zurückgeführt. Der Block 23 beschreibt die Übertragungsfunktion der Last. Die Drehzahl der Last ω2 wird nicht erfasst, sondern resultiert aus der Regelung von ω1. 2 schematically shows a block diagram of a control system which, for example, is used to control the electrical drive system 1 the 1 can serve. The block 21 is the one corresponding transfer function for the controller and the block 22nd is the corresponding transfer function for the route. The blocks 21 and 22nd can for example have PT1 and PT2 members. The speed of the motor ω 1 is recorded and fed back for the closed speed control loop. The block 23 describes the transfer function of the load. The speed of the load ω 2 is not recorded, but results from the regulation of ω 1 .

Die Übertragungsfunktion des Reglers 21 hängt von einer Regler-Proportionalverstärkung kp und einer Regler-Nachstellzeit TN ab. Weitere Parameter sind die Zeitkonstante Ti des Stromregelkreises, und die oben genannten Systemparameter J1, J2, c.The transfer function of the controller 21 depends on a controller proportional gain k p and a controller reset time T N. Further parameters are the time constant T i of the current control loop and the above-mentioned system parameters J 1, J 2 , c.

Für die Parametrisierung des Drehzahlreglers 3 wird eine Optimierung nach einem Mr-Kriterium verwendet. Mr charakterisiert dabei das Maximum des Amplitudengangs des geschlossenen Regelkreises. Bei gut gedämpften Regelkreisen ist Mr = 1,1 bis 1,3, bei mittel gedämpften Regelkreisen ist Mr = 1,3 bis 1,5. Je nach Anwendung kann ein gewünschter Mr-Wert vorgegeben werden, wie beispielsweise Mr = 1,2. Der Parametrisierung liegen dabei die Zusammenhänge zwischen den Frequenzgängen des offenen und des geschlossenen Regelkreises zugrunde. Damit der Amplitudengang eines Regelkreises im geschlossenen Zustand einen vorgegebenen Mr-Wert nicht überschreitet, ist eine bestimmte Phasenreserve des offenen Kreises notwendig. Der Mr-Parameter kann dabei dem in „Theory of Automatic Controll Systems“ von Besekersky V A und Popov E P beschrieben Kriterium entsprechen. Der Faktor Mr hängt dabei von der sogenannten Mittelfrequenz-Breite h ab, die um die Durchtrittsfrequenz vorliegt.For the parameterization of the speed controller 3 an optimization according to an M r criterion is used. M r characterizes the maximum of the amplitude response of the closed control loop. With well damped control loops M r = 1.1 to 1.3, with moderately damped control loops M r = 1.3 to 1.5. Depending on the application, a desired M r value can be specified, for example M r = 1.2. The parameterization is based on the relationships between the frequency responses of the open and closed control loops. So that the amplitude response of a control loop does not exceed a predetermined M r value in the closed state, a certain phase reserve of the open loop is necessary. The M r parameter can correspond to the criterion described in “Theory of Automatic Control Systems” by Besekersky VA and Popov EP. The factor M r depends on the so-called center frequency width h, which is present around the crossover frequency.

Die 3 und 4 zeigen jeweils den Frequenzgang des geschlossenen Motordrehzahl-Regelkreises sowie den Frequenzgang der Drehzahl auf der Lastseite. Dabei wurden folgende Parameter verwendet: J1 = 0,00025 kgm2, J2 = 0,0005 kgm2, c = 400 Nm/rad.The 3 and 4th each show the frequency response of the closed motor speed control loop and the frequency response of the speed on the load side. The following parameters were used: J 1 = 0.00025 kgm 2 , J 2 = 0.0005 kgm 2 , c = 400 Nm / rad.

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 3 ersichtlich wird, ist das Maximum des Frequenzgangs des geschlossenen ω1-Regelkreises des Motors 2 ungefähr gleich dem vorgegebenen Wert von 1,2. Jedoch weist der ω2-Frequenzgang der Last 5, wie in 4 dargestellt, einen sehr hohen Resonanzpeak auf, der weit über 1,2 hinausgeht und ca. 2,8 beträgt. Trotz einer Optimierung der Regelung bezüglich der Drehzahl des Motors 2 zeigt die Last 5 deshalb ein unbefriedigendes Überschwingverhalten. Zur Optimierung hinsichtlich Drehzahl ω2 müsste auf konventionellem Wege ein entsprechender Geber an der Last vorgesehen werden, um die Lastdrehzahl zur Regelung rückzuführen. Dies soll jedoch durch die vorliegende Erfindung gerade vermieden werden.How out 3 is the maximum of the frequency response of the closed ω 1 control loop of the motor 2 approximately equal to the default value of 1.2. However, the ω 2 -frequency response of the load 5 , as in 4th shown has a very high resonance peak, which goes well beyond 1.2 and is approx. 2.8. Despite an optimization of the control with regard to the speed of the motor 2 shows the load 5 therefore an unsatisfactory overshoot behavior. In order to optimize the speed ω 2, a corresponding encoder would have to be provided on the load in a conventional manner in order to feed back the load speed to the control. However, this is precisely to be avoided by the present invention.

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: A 3 × T N 3 + A 2 × T N 2 + A 1 × T N + A o = o ,

Figure DE102015222227B4_0001
mit: A o = h × f × T 2 2 × T i ; A 1 = h × f × T 2 2 ; A 2 = h × T i ; A 3 = 1,
Figure DE102015222227B4_0002
wobei: h = ( M r + 1 ) / ( M r 1 ) ; f = M r / ( M r 1 )
Figure DE102015222227B4_0003
The speed controller parameters result from known relationships between the transfer functions of an open and closed control loop. It follows for the controller reset time T N : A. 3 × T N 3 + A. 2 × T N 2 + A. 1 × T N + A. O = O ,
Figure DE102015222227B4_0001
With: A. O = H × f × T 2 2 × T i ; A. 1 = - H × f × T 2 2 ; A. 2 = - H × T i ; A. 3 = 1,
Figure DE102015222227B4_0002
in which: H = ( M. r + 1 ) / ( M. r - 1 ) ; f = M. r / ( M. r - 1 )
Figure DE102015222227B4_0003

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: T 2 = ( ( J 1 + J 2 ) / J 1 ) 0,5 × T 12 ;

Figure DE102015222227B4_0004
wobei: T 12 = 1 / ( ( J 1 + J 2 ) × c / ( J 1 × J 2 ) ) 0,5 .
Figure DE102015222227B4_0005
The time constant T 2 describes the natural frequency of the load Ω 2 , and is defined as T 2 = Ω 2 -1 . In detail, T 2 depends on J 1 , J 2 and c as follows: T 2 = ( ( J 1 + J 2 ) / J 1 ) 0.5 × T 12th ;
Figure DE102015222227B4_0004
in which: T 12th = 1 / ( ( J 1 + J 2 ) × c / ( J 1 × J 2 ) ) 0.5 .
Figure DE102015222227B4_0005

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: k p = ( f × T N ) / ( T N 2 f × T 2 2 ) ,

Figure DE102015222227B4_0006
An iteration method is used to solve the cubic equation or to obtain an approximation of T N. For this purpose, T N is first determined for the assumption T i = 0, and then refined using Newton's iteration method. Following this, the controller proportional gain k p is determined as follows: k p = ( f × T N ) / ( T N 2 - f × T 2 2 ) ,
Figure DE102015222227B4_0006

5 zeigt schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Steuerung eines Drehzahlreglers 3. In Schritt 101 werden Systemparameter des elektrischen Antriebssystems bereitgestellt, wie z. B. das Trägheitsmoment J1 des Motors, das Trägheitsmoment J2 der Last, und die Federkonstante c der elastischen Kopplung. 5 shows schematically the sequence of a method for controlling a speed controller 3 . In step 101 system parameters of the electric drive system are provided, such as B. the moment of inertia J 1 of the motor, the moment of inertia J 2 of the load, and the spring constant c of the elastic coupling.

In Schritt 102 wird die Regler-Nachstellzeit TN unter Verwendung der bereitgestellten Systemparameter und eines vorbestimmten Mr -Kriteriums bestimmt. Hierzu wird die oben beschriebene kubische Gleichung zunächst mit der Annahme Ti = 0 gelöst, und anschließend TN mittels der Iterationsmethode von Newton genau bestimmt.In step 102 the controller reset time T N is determined using the provided system parameters and a predetermined M r criterion. For this purpose, the cubic equation described above is first solved with the assumption T i = 0, and then T N is precisely determined using Newton's iteration method.

In Schritt 103 wird die Regler-Proportionalverstärkung kp bestimmt, unter Verwendung der bereitgestellten Systemparameter, des Mr -Kriteriums und der bestimmten Regler-Nachstellzeit TN.In step 103 the controller proportional gain k p is determined using the provided system parameters, the M r criterion and the determined controller reset time T N.

Die 6 und 7 zeigen die Amplitudengänge von ω1 des Motors 2 und ω2. der Last 5. Entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden basierend auf den oben beschriebenen Systemparametern folgende Drehzahlregler-Parameter bestimmt: kp = 642 s-1, TN = 1,0 ms.The 6th and 7th show the amplitude responses of ω 1 of the motor 2 and ω 2 . the burden 5 . According to the method according to the invention, the following speed controller parameters were determined based on the system parameters described above: k p = 642 s -1 , T N = 1.0 ms.

Wie aus 7 ersichtlich, ist der resultierende Resonanzpeak des Amplitudengangs von ω2 der Last 5 maximal 1,2, entsprechend dem vorgegebenen Wert von Mr. Der Resonanzpeak des Amplitudengangs des ω1-Regelkreises des Motors 2 liegt deutlich unter 1,2, wie in 6 dargestellt.How out 7th can be seen, the resulting resonance peak of the amplitude response of ω 2 of the load 5 a maximum of 1.2, corresponding to the specified value of M r . The resonance peak of the amplitude response of the ω 1 control loop of the motor 2 is well below 1.2, as in 6th shown.

Mittels dieser präzisen, genauen Berechnung kann ein Drehzahlregler 3 effizient eingestellt werden, sodass eine dynamische Regelung mit einem gewünschten Schwingungsverhalten erzielt wird, ohne dass ein Sensor für die Drehzahl der Last 5 bereitgestellt werden muss. Basierend auf dem Kriterium Mr, bzw. auf einem Vorgabemaß für die Regelgüte, können präzise Drehzahlregler-Parameter für das gesamte schwingungsfähige Antriebssystem 1 bestimmt werden. Auch durch Variation von Mr, beispielsweise, wenn Mr reduziert wird, etwa um die Lautstärke der Maschine zu reduzieren, können präzise Werte für kp und TN ermittelt werden, so dass eine effiziente Drehzahlregelung ermöglicht wird. Das elektrische Antriebssystem 1 weist somit eine optimale Dynamik und gewünschte Schwingungscharakteristik auf.Using this precise, precise calculation, a speed controller can 3 can be set efficiently so that a dynamic control with a desired vibration behavior is achieved without a sensor for the speed of the load 5 must be provided. Based on the criterion M r , or on a default value for the control quality, precise speed controller parameters can be used for the entire oscillating drive system 1 to be determined. By varying M r, for example when M r is reduced, for example to reduce the volume of the machine, precise values for k p and T N can be determined so that efficient speed control is made possible. The electric drive system 1 thus has optimal dynamics and the desired vibration characteristics.

Die 8 und 9 zeigen ebenfalls Frequenzgänge der Drehzahl ω1 des Motors 2 und der Drehzahl ω2 der Last 5. Die Drehzahlregler-Parameter entsprechen dabei den oben bezüglich 6 und 7 beschriebenen Parametern, wobei jedoch das Trägheitsmoment des Motors um einen Faktor 6 erhöht wurde, so dass J1 = 0,0015 kgm2 beträgt. Da dies jedoch nach der oben beschriebenen Methode keinen Einfluss auf die Berechnung von kp und TN hat, bleiben diese Werte somit unverändert. Wie aus 9 ersichtlich, ist der Resonanzpeak von ω2 jedoch mehr als doppelt so hoch, wie der vorgegebene Wert von Mr = 1,2. Diese Erhöhung ergibt sich wegen des Dämpfungsfaktors PT2-Gliedes im virtuellen offenen ω2-Regelkreis. Um trotzdem ein optimales Verhalten des Antriebssystems bereitzustellen, wird in solchen Fällen ein Bandsperrfilter verwendet.The 8th and 9 also show frequency responses of the speed ω 1 of the motor 2 and the speed ω 2 of the load 5 . The speed controller parameters correspond to the above with regard to 6th and 7th parameters described, but with the moment of inertia of the motor by a factor 6th was increased so that J 1 = 0.0015 kgm 2 . However, since this has no influence on the calculation of k p and T N according to the method described above, these values remain unchanged. How out 9 As can be seen, however, the resonance peak of ω 2 is more than twice as high as the specified value of M r = 1.2. This increase is due to the damping factor PT2 element in the virtual open ω 2 control loop. In such cases, a band-stop filter is used to ensure that the drive system behaves optimally.

10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Schritte 201, 202 und 203 entsprechen dabei den Schritten 101, 102 und 103 der 5, wie oben beschrieben. Bei der Entscheidung 204 wird festgestellt, ob bereits ein Bandsperrfilter eingesetzt ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird in Schritt 205 der Dämpfungsfaktor des virtuellen PT2-Gliedes bestimmt. Dieser ergibt sich aus ξ = ( T N / ( T N + k p × T 2 2 ) ) 0,5 × ( T i + T 2 2 × k p ) / ( 2 × T 12 ) .

Figure DE102015222227B4_0007
10 shows a flow chart of a method according to a further embodiment. The steps 201 , 202 and 203 correspond to the steps 101 , 102 and 103 the 5 , as described above. When making a decision 204 it is determined whether a bandstop filter has already been used. If this is not the case, step 205 the damping factor of the virtual PT2 element is determined. This results from ξ = ( T N / ( T N + k p × T 2 2 ) ) 0.5 × ( T i + T 2 2 × k p ) / ( 2 × T 12th ) .
Figure DE102015222227B4_0007

Bei der Entscheidung 206 wird festgestellt, ob der Dämpfungsfaktor größer ist, als ein Schwellenwert. Dieser Schwellenwert kann vorzugsweise ξ ≥ 1/20,5 betragen. In diesem Fall liegt keine Erhöhung der Amplitudenkennlinie aufgrund des PT2-Gliedes vor. Falls der Dämpfungsfaktor größer ist als der Schwellenwert, endet das Verfahren daher in Schritt 207. Anderenfalls, wenn der Dämpfungsfaktor kleiner ist, als der Schwellenwert, wird in Schritt 208 ein Bandsperrfilter im Drehzahlregler 3 verwendet. Hierfür kann eine Übertragungsfunktion eines Bandsperrfilters zweiter Ordnung, wie er dem Fachmann bekannt ist, verwendet werden. Vorzugsweise wird als Bandsperrfilter ein Kerbfilter verwendet.When making a decision 206 it is determined whether the damping factor is greater than a threshold value. This threshold value can preferably be ξ 1/2 0.5 . In this case there is no increase in the amplitude characteristic due to the PT2 element. If the damping factor is greater than the threshold value, the method therefore ends in step 207 . Otherwise, if the damping factor is smaller than the threshold value, step 208 a band-stop filter in the speed controller 3 used. A transfer function of a band-stop filter of the second order, as is known to the person skilled in the art, can be used for this purpose. A notch filter is preferably used as the band-stop filter.

Anschließend werden in Schritt 209 die Koeffizienten A0, A1, A2 der kubischen Gleichung für TN bestimmt. Hierzu wird entsprechend für die Bestimmung der Koeffizienten A0, A2 jeweils Ti durch Ti + 2 × ξf × T12 ersetzt, mit dem Filter-Dämpfungsfaktor ξf.Anschließend werden in den Schritten 202 und 203 die Regler-Nachstellzeit TN und die Regler-Proportionalverstärkung kp, wie oben beschrieben, bestimmt. Bei der Entscheidung 204 wird festgestellt, dass ein Bandsperrfilter eingesetzt wurde, und anschließend endet das Verfahren in Schritt 207.Then in step 209 the coefficients A 0 , A 1 , A 2 of the cubic equation for T N are determined. For this purpose, T i is replaced by T i + 2 × ξ f × T 12 for the determination of the coefficients A 0 , A 2 , with the filter damping factor ξ f. Then, in the steps 202 and 203 the controller reset time T N and the controller proportional gain k p , as described above, are determined. When making a decision 204 it is determined that a band elimination filter has been used, and then the method ends in step 207 .

Die 11 und 12 zeigen Frequenzgänge von ω1 und ω2, wobei ein Bandsperrenfilter mit einer Dämpfung nach Butterworth ξf = 20,5/ 2 verwendet wurde. Die entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen Drehzahlregler-Parameter sind: kp = 293 s-1, TN = 20,8 ms.The 11 and 12th show frequency responses of ω 1 and ω 2 , using a band-stop filter with attenuation according to Butterworth ξ f = 2 0.5 / 2. The speed controller parameters obtained in accordance with the method described above are: k p = 293 s -1 , T N = 20.8 ms.

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

Claims (10)

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: determining 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 ), the load speed ( ω 2 ) is not measured and is not regulated, but results from regulating a motor speed (ω 1 ), and determining the speed controller parameters (k p , T N ) using a predetermined criterion (M r ) for a maximum of the amplitude response the load speed (ω 2 ) on the load (5) of the electric drive system (1). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ermittelten Drehzahlregler-Parameter (kp, TN) durch den Drehzahlregler (3), in einem nach der Motordrehzahl (ω1) geschlossenen Regelkreis, zur Regelung der Lastdrehzahl (ω2) verwendet werden.Procedure according to Claim 1 , the determined speed controller parameters (k p , T N ) being used by the speed controller (3) in a control loop closed according to the engine speed (ω 1 ) to control the load speed (ω 2 ). Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Drehzahlregler-Parameter (kp, TN) weiterhin durch eine Anwendung des geschlossenen Regelkreis der Motordrehzahl (ω1) ermittelt werden.Procedure according to Claim 2 , the speed controller parameters (k p , T N ) continue to be determined by applying the closed loop control of the engine speed (ω 1 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Drehzahlregler-Parameter eine Regler-Nachstellzeit (TN) und eine Regler-Proportionalverstärkung (kp) umfassen.Method according to one of the Claims 1 to 3 , the speed controller parameters including a controller reset time (T N ) and a controller proportional gain (k p ). Verfahren nach Anspruch 4, aufweisend folgende Schritte: a. Bereitstellen von Systemparametern des elektrischen Antriebssystems (J1, J2, c); b. Bestimmen der Regler-Nachstellzeit (TN) unter Verwendung der bereitgestellten Systemparameter (J1, J2, c) und des Kriteriums (Mr); c. Bestimmen der Regler-Proportionalverstärkung (kp) unter Verwendung der bereitgestellten Systemparameter (J1, J2, c), des Kriteriums (Mr) und der bestimmten Regler-Nachstellzeit (TN).Procedure according to Claim 4 , comprising the following steps: a. Providing system parameters of the electric drive system (J 1 , J 2 , c); b. Determining the controller reset time (T N ) using the provided system parameters (J 1 , J 2 , c) and the criterion (M r ); c. Determination of the controller proportional gain (k p ) using the provided system parameters (J 1 , J 2 , c), the criterion (M r ) and the determined controller reset time (T N ). Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Systemparameter des elektrischen Antriebssystems ein Motorträgheitsmoment (Ji) und/oder ein Lastträgheitsmoment (J2) und/oder eine Federkonstante (c) der elastischen Kopplung umfassen.Procedure according to Claim 5 , the system parameters of the electric drive system being a motor moment of inertia (Ji) and / or a Include load moment of inertia (J2) and / or a spring constant (c) of the elastic coupling. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Bestimmen der Regler-Nachstellzeit (TN) ein Durchführen eines Iterationsverfahrens, und vorzugsweise eines Newton-Verfahrens umfasst.Procedure according to Claim 5 or 6th wherein the determination of the controller reset time (T N ) comprises performing an iteration method, and preferably a Newton method. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, weiterhin aufweisend folgende Schritte: d. Bestimmen eines Dämpfungsfaktors (ξ) unter Verwendung der bereitgestellten Systemparameter (J1, J2, c), der bestimmten Regler-Nachstellzeit (TN) und der bestimmten Regler-Proportionalverstärkung (kp); e. Feststellen, ob der Dämpfungsfaktor (ξ) kleiner ist als ein Schwellenwert; f. Wenn der Dämpfungsfaktor (ξ) kleiner ist, als ein Schwellenwert, wird ein Bandsperrfilter verwendet und die Schritte b. und c. unter Berücksichtigung des verwendeten Bandsperrfilters wiederholt.Method according to one of the Claims 5 to 7th , further comprising the following steps: d. Determining a damping factor (ξ) using the provided system parameters (J 1 , J2, c), the determined controller reset time (T N ) and the determined controller proportional gain (k p ); e. Determining whether the damping factor (ξ) is less than a threshold value; f. If the attenuation factor (ξ) is less than a threshold value, a notch filter is used and steps b. and c. repeated taking into account the band-stop filter used. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Bandsperrfilter einen Kerbfilter und vorzugsweise zwei Kerbfilter umfasst.Procedure according to Claim 8 wherein the band stop filter comprises one notch filter and preferably two notch filters. Vorrichtung, insbesondere Antriebsregler, (6) mit einem Drehzahlregler (3) eines elektrischen Antriebssystems (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 wobei die Vorrichtung (6) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.Device, in particular drive controller, (6) with a speed controller (3) of an electrical drive system (1); wherein the electric drive system (1) has a motor (2) and a load (5) driven by the motor, which is connected to the motor (2) via an elastic coupling (4), and wherein the device (6) is set up, a method according to one of the Claims 1 to 9 perform.
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Citations (3)

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