DE1957623A1

DE1957623A1 - Einrichtung zur Drehzahlregelung von Achswicklerantrieben

Info

Publication number: DE1957623A1
Application number: DE19691957623
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Ing Liska; Herbert Poppinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-11-15
Filing date: 1969-11-15
Publication date: 1972-03-02
Also published as: JPS4837050B1; DE1957623B2; GB1327400A; BE758671A; CH526458A; US3713009A; ZA707610B; FR2069385A5; NL7015650A

Description

Einrichtung zur Drehzahlregelung von Achswicklerantrieben

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Drehzahlregelung von Achswicklerantrieben, wie sie beispielsweise zum Aufwickeln von Textilfaden benötigt werden. Die Drehzahl, bzw. das Antriebsmoment des Achswicklerantriebes soll dabei so geregelt werden, daß das Wickelgut stets mit konstantem Zug aufgewickelt wird.

Zur Regelung des Gleichlaufs ist es zwar bei einer Mercerisiermaschine bekannt, die durch Laugenbäder zu fahrende Warenbahn zwischen zwei Klemmstellen mit dem Gewicht einer Pendelwalze zu belasten und deren Auslenkungen die Drehzahl der den Warenfluß bewirkenden Antriebsmotoren so beeinflussen zz lassen, daß sich ein kontinuierlicher Fluß der Warenbahn und damit auch ein konstanter Zug ergibt. Bei der Anwendung einer solchen Drehzahlregelung für Achswicklerantriebe sind jedoch eine Reihe zusätzlicher Gesichtspunkte zu berücksichtigen, nämlich ein relativ großer und infolge regelloser Materialinhomogenitäten an jeder beliebigen Stelle abschnittsweise schnell überstreichbarer Verstellbereich für den Drehzahlsollwert des Achswicklerantriebs, sowie die wegen des wachsenden Wickeldurchmessers sich in weiten Grenzen ändernde Schwungmasse des Antriebs, weshalb hier das Problem der dynamischen Stabilität sehr im Vordergrund steht.

Durch die Erfindung wird vorgeschlagen, eine von der Lage einer Pendelwalse abhängige Gleichspannung ein Vorhaltglied direkt und einen Integrator über ein Begrenzungsglied beaufschlagen zu lassen und. die Ausgangsgrößen des Vorhaltgliedes upd des Integrators

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dem Drehzahlregler ale Sollwert zuzuführen. Mit einem derartigen ID-Glied ergibt sich eine überaus stabile Regelung; infolge der Eingangsbegrenzung des Integrators können kurzzeitige Homogenitätsschwankungen des aufzuwickelnden Materials oder andere kurzzeitig wirkende Störgrößen den Mittelwert dee Drehzahlsollwertea nicht beeinflussen, während andererseits sichergestellt ist, daß diesen über das Vorhaltglied sofort begegnet werden kann.

Weiterbildungen der Erfindung, welche im folgenden anhand der Figuren näher veranschaulicht werden soll, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das in Pig. 1 dargestellte AueftihrungsbeispeJzeigt einen Achs- wicklerantrieb, wie er bei der Textilfaserherstellung zur Aufwicklung des anfallenden Rohfadens verwendet werden kann. Der Faden 1 läuft über zwei Galetten mit der Geschwindigkeit V₁, umschlingt in einer Schleife eine Pendelwalze 3 und wird dann mit der Umfangsgeschwindigkeit Vp auf die Wickelwalze 4 aufgewickelt. Hinter einer Umlenkrolle 5 ist eine nicht näher dargestellte Fadenführung vorgesehen, welche durch eine periodische Hin- und Herführung des Fadens in einer parallel zur Rollenachse verlaufenden Richtung für eine wendeiförmige Aufwicklung des Fadens mit vorgebbaren Kreuzungs- brsw. Changierungsverhältnis sorgt. Die Drehzahl des Wicklerantriebs soll nun so geregelt werden, daß Zuliefergeschwindigkeit V₁ undkufWickelgeschwindigkeit V₂ übereinstimmen, so daß die Pendelwalze 3 in Ruhe bleibt. Die Aufwickelspannung ist dann konstant und wird von dem Gewicht der Pendelwalze 3 bzw. von weiteren an ihr befestigten Gewichten G bestimmt.

Jede Lageveränderung der Pendelwalze 3 verstellt den Abgriff 6 eines Potentiometers 7, welches an eine mit + und - bezeichnete Gleichspannung angeschlossen igt. Die Abgriffspannung Up des

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Potentiometers 7 ist mit der Eingangsklemme 8 eines Begrenzungsgliedes 9 und mit dem Eingang eines Vorhaltgliedes 10 verbunden, dessen Ausgangsspannung einer Mischstelle, vorzugsweise in Form eines Addierverstärkers, zugeführt ist. Die Ausgangsspannung Ug des Begrenzungsgliedes 9 beaufschlagt einen Integrator 12, dessen Ausgangsspannung mittels eines Anschlags 13 - beispielsweise in Form einer Diodenbegrenzung - einseitig auf den Wert Null begrenzt und einem ümkehrverstärker 14 zugeführt ist. Der Umkehrverstärker H weist dabei die in seinem Blocksymbol dargestellte Charakteristik auf und antwortet auf ein positives Eingangssignal e mit einem verstärkten, negativen Ausgangssignal a und umgekehrt. Er erhält eine konstante, negative Voreinspeisung -e-i» so daß die Ausgangsspannung des Umkehrverstärkers 14 sich von einem maximalen Wert an vermindert, wenn dessen in der Ausgangsspannung des Integrators 12 bestehende Eingangsspannung such vom Wert Null ausgehend in positiver Richtung vergrößert. Die an der Klemme 15 auftretende Ausgangsspannung U. des Umkehrverstärkers 14 wird ebenfalls der Mischstelle 11 ge zugeführt, deren Ausgangssignal den Sollwert für einen Drehzahlregler 16 bildet, dessen Istwert η in der Spannung einer mit dem Achswicklerantrieb gekuppelten Tachodynamo 17 besteht. Der Drehzahlregler 16 ist als PI-Regler ausgeführt sein Ausgangssignal bildet den Sollwert I* für einen ihm unterlagerten Stromregler 19, dessen Istwert I von einem im Ankerkreis des Antriebsmotors 18 liegenden Stromwandlers 20 bereitgestellt wird. Die Ausgangsspannung des Stromreglers 19 beaufschlagt einen Gittersteuersatz 21, der eine entsprechende Aussteuerung des Stromrichterstellgliedes 22 für den Ankerstrom des Motors 18 veranlaßt.

Die prinzipielle Punktionsweise der bisher beschriebenen Schaltung ist folgende: Es sei zunächst angenommen, daß sich der Abgriff des Potentiometers 7 in einer solchen Lage befindet, daß

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die Abgriffsspannung Up den Wert Null aufweist. Die Zuliefergeschwindigkeit V₁ stimmt dann mit der AufwickeIgeschwin-. digkeit V2 überein. Die Ausgangsspannung des Integrators 12 hat in diesem Zustand einen bestimmten positiven Wert, der über den Umkehrverstärker 14 den für diesen Gleichgewichtszustand erforderlichen Drehzahlwert bestimmt. Vergrößert sich nun der Wickeldurchmesser, so wird bei gleichbleibender Motoristdrehzahl η die Wickelgeschwindigkeit V₂ größer und die Pendelwalze 3 wird sich nach oben bewegen. Die Ausgangsspannung des Integrators 12 vergrößert sich daher in positiver Richtung, was eie Verkleinerung der Ausgangsspannung U^ an der Klemme 15 zur Folge hat. Diqgresultiert schließlich in einer entsprechenden Verringerung des Drehzahlsollwertes, was sich so lange fortsetzt, bis die Ausgangespannung des Integrators 12 sich nicht mehr verändert, d.h. bis die am Abgriff des Potentiometers abgenommene Spannung Up zu Null geworden bzw. die Pendelwalze 3 wieder in ihre Auegangelage zurückgekehrt ist. Der umgekehrte Ablauf ergibt eich, falls die Zuliefergeschwindigkeit momentan größer < wird als die Aufwickelgeschwindigkeit. Durch die Wirkung des Vorhaltgliedes 10 wird einer plötzlichen Lageänderung der Pendelwalze 3 entgegengewirkt und damit der Integrator 12 bei der Ausregelung einer Lageregelabweichung unterstützt. Die aus den Elementen 9» 10, 12, 14 bestehende Anordnung kann gewissermaßen als ein ID-Regler betrachtet werden, wobei im allgemeinen die Vorhaltzeitkonstante des Gliedes 10 mindestens eine Größenordnung kleiner gewählt wird als die Integrierzeit des Integrators 12.

Durch die Verwendung des Umkehrverstärkers 14 ist stets eine -*£« sofortige Betriebsbereitschaft der Regeleinrichtung für den Beginn eines Aufwickelvorganges sichergestellt. Da die Drehzahl eines Achswicklers dann am größten sein muß, wenn der Aufwickelvorgang beginnt, andererseits bei den meisten technisch realisierbaren Integratoren bei fehlender Versorgungsspannung

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oder bei längerer Zeit fehlendem Eingangssignal deren Ausgangs- spannung auf den Wert Null driftet, wird bei der Anordnung nach Pig. 1 selbsttätig erreicht, daß zu Beginn eines Wickelvorganges j der maximale Drehzahlsollwert vorhanden ist, ohne daß es hier- ΐ zu einer besonderen Einstellung des Integrators 12 bedarf. Der j Begrenzungsanschlag 13 dient dabei zur Einhaltung des richtigen : Regelsinnes.

Fig. 2 dient zur Erläuterung der Wirkungsweise des Begrenzungegliedes 9, welches die Beeinflussung des Integratorausgangs- ä signals durch kurzzeitig auftretende Störungen unterbinden soll. \ Im oberen Teil der Fig. 2 ist eine solche Störung, wie eie sich ' in einem entsprechenden Verlauf der Pendelwalzenpotentiometer- ; spannung Up äußert, beispielsweise für ein Zeitintervall t^ - t-, | dargestellt. Durch das Begrenzungsglied 9 können die Amplituden dieser Störspannung auf einen solch kleinen Wert begrenzt werden, daß der Mittelwert der am Ausgang des Gliedes 9 auftretenden be- j grenzten Spannung Ug praktisch gleich 0 ist und demzufolge das Ausgangssignal des Integrators 12 nicht mehr nennenswert zu beeinflussen vermag, insbesondere dann, wenn er noch eine relativ | große Integrierzeit aufweist. j

t Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den I-Kanal des in Fig.1 ( dargestellten ID-Reglers. Zwischen einer mit +U und -U bezeich- j neten Versorgungsspannung liegen in Reihe zwei Widerstände 23 und 24 sowie zwei Zenerdioden 25 und 26, welche gleiche Durchbruchsspannungen aufweisen. Wird der Verbindungspunkt der beiden Zenerdioden 25 und 26 geerdet, so ergibt sich dann zwischen den mit + und - bezeichneten Punkten eine erdsymmetrische Spannung, an welche dae Pendelwalzenpotentiometer 7 und die Speiseleitungen eines Verstärkers 29 angeschlossen sind. Die Amplituden der an der Klemme 8 auftretenden Spannung werden symmetrisch zum Erd-

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oder Massepotential durch die Schwellepannungen zweier das Begrenzungsglied 9 bildenden Dioden 27 und 28 begrenzt und dem Eingang des Integrators 12 zugeführt. Dieser besteht aus einem über einen Kondensator 30 kapazitiv gegengekoppelten Verstärker 29. Seine Integrierzeit ergibt eich als Produkt des Gegenkopplungskondensators 30 und des Eingangswiderstandes 31· Zur Begrenzung der Ausgangsspannung U₁ des Integrators 12 ist parallel zum Kondensator 30 eine weitere Diode 32 geschaltet. Das Ausgangssignal des Integrators 12 kann daher negative Werte nur bis zur Höhe der sehr geringen Schwellwertspannung der Diode 32 - üblicherweise im Bereich von 0,7 Volt - annehmen, so daß der Ausgang des Integrators praktisch auf den Wert Null begrenzt ist. Die Auagangsspannung U₁ des Integrators 29 beaufschlagt über einen Widerstand 35 die Basis eines Transistors 33 in Emitterschaltung, der die Eingangsstufe des Umkehrverstärkers 14 bildet und dessen Kollektor mit der Basis eines als Emitterfolger arbeitenden, weiteren Transistor 34 verbunden ist, wobei dessen Kollektorspannung auf die Basis des EinKangstransistors 33 mitgekoppelt ist. Es ist weiterhin eine von der mitbezeichneten Spannung abgeleitete Voreinspeisung über den Widerstand 36 vorgesehen. Zur Justierung der maximalen Ausgangsspannung U. an die Verhältnisse des einzelnen Wicklerantriebes dient ein Potentiometer 37. Ist eine gleichzeitige Veränderung dieser Ausgangsspannung bei mehreren,parallel betriebenen Wicklerantrieben erforderlich, so kann dies mit einem weiteren Potentiometer 38 erfolgen, das von einer Spannungaquelle positiven Potentials gespeist wird und dessen Abgriff über Widerstände 39 jeweils mit den Eingängen der den einzelnen Wicklerantrieben zugeordneten Umkehrverstärkern verbunden sind.

fig. 4 zeigt den prinzipiellen Verlauf der Ausgangsspannung U^ in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U₁ des Integrators 12 mit der Abgriffsspannung U₂ des Potentiometers 38 als Para-

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meter. Man erkennt, daß mit steigender Abgriffsspannung U₂ eine Parallelverschiebung dieser Kennlinie erfolgt, Hit den Potentiometern 37 und 38 kann also der zu Beginn eines Aufwickelvorganges erforderliche maximale Sollwert beliebig freizügig festgelegt bzw. verändert werden.

4 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

VPA • - 8 Patentansprüche

1. Einrichtung zur Drehzahlregelung von AchswicklerantriäDen, insbesondere für Textilfasern, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Lage einer Pendelwalze (3) abhängige Gleichspannung (Up) ein Vorhaltglied (10) direkt und einen Integrator (12) über ein Begrenzungsglied (9) beaufschlagt und daß die Ausgangsgrößen des Vorhaltgliedes und des Integrators dem Drehzahlregler (16) als Sollwert zugeführt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dem Drehzahlregler unterlagerten Stromregler (19)·

3. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Integrators (12) einseitig auf Null begrenzt und diesem ein Umkehrverstärker (14) nachgeordnet ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 für jeweils mehrere parallel betriebene Achswicklerantriebe, gekennzeichnet durch, ein gemeinsames Potentiometer (38),dessen Abgriffsspannung (U₂) über Widerstände (3^q) mit den Eingang«! der den einzelnen. Wicklerantrieben zugeordneten Umkehrverstärker verbunden ist«.

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