DE19930777A1 - Regelungsanordnung und Verfahren zur schnellen Lageregelung eines Elektromotors - Google Patents

Regelungsanordnung und Verfahren zur schnellen Lageregelung eines Elektromotors

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Abstract

Die erfindungsgemäße Regelungsanordnung zeichnet sich durch eine parallele Struktur von Lageregler und Drehzahlregler aus. Durch die zumindest teilweise Parallelschaltung von Lageregelkreis und Drehzahlregelkreis beeinflussen sich die beiden Regler nur minimal. Dadurch können die Verstärkungsfaktoren in den Reglern nahezu unabhängig voneinander gewählt werden. Weiterhin wird der Lagesollwert den beiden Regelkreisen für Lage und Drehzahl im wesentlichen gleichzeitig vorgegeben. Die Ausgangssignale von Lageregler und Drehzahlregler werden anschließend summiert und dem Stromregler als Sollwertvorgabe zugeleitet (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsanordnung für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur schnellen Lageregelung nach Anspruch 14.
Es ist bekannt, zur Regelung der Lage bei Elektromotoren einen Lageregelkreis, einen Drehzahlregelkreis und einen Stromregelkreis kaskadiert auszugestalten. Dadurch wird der Drehzahlsollwert durch den Lageregler und der Stromsollwert durch den Drehzahlregler vorgegeben.
Diese Ausgestaltung weist den Nachteil auf, daß durch die kaskadierte Struktur der Regelkreise und aufgrund des in der Realität begrenzten Einstellbereichs für die Verstärkungsfaktoren der Regler die Verstärkung in allen kaskadierten Regelkreisen aufeinander abgestimmt werden muß. Dadurch kann die Verstärkung in einem Regler nicht mehr ausschließlich aufgrund der gewünschten Reglereigenschaften gewählt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Filter, die Resonanzüberhöhungen in einem der Regelkreise dämpfen sollen, die Phasenreserve der gesamten kaskadierten Reglerstruktur verringern. Dadurch wird die Stabilität der kaskadierten Reglerstruktur verschlechtert.
Aus der EP 0 604 672 A1 ist ein Verfahren zur Drehmomentvorsteuerung von numerisch geregelten, verkoppelten Antriebssystemen bekannt. Bei diesem Verfahren wird einem Lageregler ein Lagesollwert vorgegeben, der durch kaskadierte Lage- und Drehzahlregelung mittels eines Elektromotors eingestellt werden soll. Die Reglerstruktur ist derart ausgestaltet, daß parallel zum Lageregler ein Differenzierer geschaltet. In Reihe zum Lageregler ist ein Drehzahlregler geschaltet ist. Parallel zum Drehzahlregler ist ein weiterer Differenzierer geschaltet und ein P-Regler. Für die Drehmomentvorsteuerung wird ein zusätzliches Moment auf den Eingang des Stromreglers geschaltet.
Dabei ist von Nachteil, daß Lage- und Drehzahlregler in kaskadierter Form in Reihe zueinander angeordnet sind. Dadurch wird das Ausgangssignal des Lagereglers als Eingangssignal des Drehzahlreglers benutzt. Durch diese Struktur entstehen die bereits oben beschriebenen Nachteile, beispielsweise daß die Verstärkungsfaktoren in Lage- und Drehzahlregler nicht unabhängig voneinander gewählt werden können. Weiterhin nachteilig ist die zweifache Differentiation des Signals zur Lagesollwertvorgabe, weil dadurch Störungen, wie beispielsweise Rauschen, wesentlich verstärkt werden. Dadurch beinhaltet das Vorsteuersignal für das Drehmoment einen großen Anteil Störungen, wodurch die Regelung ungenau wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Reglerstruktur zur Lage-, Drehzahl- und Stromregelung bei einem Elektromotor derart auszugestalten, daß die Verarbeitungsgeschwindigkeit und/oder Stabilität erhöht wird. Es soll somit ein Verfahren angegeben werden, gemäß dem eine Reglerstruktur für einen Elektromotor eine besonders schnelle Verarbeitung von Lage-Sollwertvorgaben zu Stromänderungen durchführt und die Stabilität der Reglerstruktur nicht beeinträchtigt wird. Alternativ dazu soll bei gleicher Verarbeitungsgeschwindigkeit die Schwingneigung der Reglerstruktur verringert werden. Weiterhin sollen alle Regler der Reglerstruktur optimal an die Regelstrecke angepaßt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 oder ein Verfahren mit den im Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind den jeweils abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung weist den Vorteil auf, dass die Baugruppen des Lageregelkreises im wesentlichen parallel angeordnet sind zu den Baugruppen des Drehzahlregelkreises. Dadurch ist nur noch eine geringfügige gegenseitige Beeinflussung der Regler über die Rückkoppelschleife möglich, so daß Einstellungen im Lageregler den Drehzahlregler und Einstellungen im Drehzahlregler den Lageregler nicht direkt beeinflussen können. Somit können Parameter zur Einstellung von Verstärkung und Stabilität im Lageregler unabhängig von den Parametern im Drehzahlregler und Parameter zur Einstellung von Verstärkung und Stabilität im Drehzahlregler unabhängig von den Parametern im Lageregler erfolgen. Dies ermöglicht eine bessere Anpassung des jeweiligen Reglers an die Regelstrecke. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Filter zur Dämpfung der Amplitude von Schwingungen im Drehzahlregler aufgrund der neuen Regelungsstruktur keine direkten Auswirkungen auf den Lageregler haben. Ebenso haben derartige Filter im Lageregler keine direkten Auswirkungen auf den Drehzahlregler. Weiterhin vorteilhaft ist, daß durch die parallele Anordnung von wesentlichen Baugruppen der Drehzahlregelung und der Lageregelung die Sollwertvorgaben im wesentlichen gleichzeitig im Lage- und Drehzahlregelkreis verarbeitet werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Die Figur zeigt:
Fig. 1 eine erste mögliche schaltungstechnische Realisierungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Regelungsstruktur,
Fig. 2 eine weitere schaltungstechnische Realisierungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Regelungsstruktur und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte zur Regelung mittels der Anordnung aus Fig. 2.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, daß eine Regelung vorgesehen ist, welche aufgrund von Sollwertvorgaben für die gewünschte Position dann die Drehzahl und den Strom eines Elektromotors regelt, um möglichst schnell die gewünschte Sollposition zu erreichen. Derartige Regelungen werden beispielsweise bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, wie Fräs-, Dreh-, Erodier- und Schleifmaschinen ebenso eingesetzt wie bei Bearbeitungszentren. Die Regelungsanordnung kann für rotierende Elektromotore ebenso wie für Linearmotore benutzt werden.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Regelungsstruktur. Es werden der Regelungsstruktur Lagesollwerte Ls einer entsprechenden Baugruppe 1.1, vorzugsweise eines Interpolators, vorgegeben, die einem ersten und einem zweiten Summierer 2.1 und 3.1 gleichzeitig zugeleitet werden. In den Summierern 2.1 und 3.1 werden von der Sollwertvorgabe die tatsächlich am Elektromotor 5.3 ermittelten Istwerte für Lage Li und Drehzahl Di subtrahiert. Die derart in den Summierern 2.1 und 3.1 ermittelten Regelabweichungen für Lage RaL und Drehzahl RaD des Elektromotors 5.3 werden dann dem jeweiligen Regler 2.2 bzw. 3.2 zugeleitet. Das Ausgangssignal von Summierer 2.1 ist die Abweichung der Istwinkelposition des Rotors von Motor 5.3 von der Sollwinkelposition. Durch Differenzieren in dem zwischen Summierer 2.1 und Drehzahlregler 2.2 zusätzlich angeordneten Differenzierer 2.11 ergibt sich daraus die Drehzahlabweichung RaD, die dem Drehzahlregler 2.2 zugeleitet wird, der eine Übertragungsfunktion fRD aufweist. Das Ausgangssignal von Summierer 3.1 ist die Lageabweichung und wird dem Lageregler 3.2 zugeleitet, der eine Übertragungsfunktion fRL aufweist.
Optional können die Lagesollwertvorgaben Ls auch einer zusätzlichen Stromvorsteuerung 4.1 zugeleitet werden.
Im Summierer 5.1 werden die Ausgangssignale von Drehzahlregler 2.2, Lageregler 3.2 und Stromvorsteuerung 4.1 zur Stromsollwertvorgabe für den Stromregelkreis 5.2 aufsummiert. Diese Stromsollwertvorgabe wird dem Stromregelkreis 5.2 zugeleitet, der den dem Elektromotor 5.3 zugeleiteten Strom regelt. Dabei kann im Stromregelkreis 5.2 ein herkömmlicher Stromregler benutzt werden.
Aufgrund der realen mechanischen Kopplung zwischen Motor 5.3, und der vom Motor angetriebenen Baugruppe, beispielsweise einem Schlitten 5.4, der Werkzeugmaschine entspricht die Ableitung des Positionssignals des am Schlitten 5.4 angeordneten Positionsmeßsystems nicht exakt der durch den Drehgeber am Motor 5.3 ermittelten Geschwindigkeit. Dadurch unterscheidet sich die Regelstrecke von Lage- und Drehzahlregelkreis. Für eine optimale Regelung hat es sich daher als erforderlich erwiesen, daß die Koeffizienten für Lage- und Drehzahlregler 3.2 und 2.2 unterschiedlich gewählt werden. Damit die Koeffizienten für Lage- und Drehzahlregler 3.2 und 2.2 unabhängig voneinander gewählt werden können, werden Lage- und Drehzahlregler 3.2 und 2.2 parallel zueinander angeordnet, wodurch auch Lage- und Drehzahlregelkreis teilweise parallel zueinander angeordnet sind.
Die Rückkopplungssignale zur Übertragung einer Information über die Ist- Lage Li werden an der angetriebenen Baugruppe 5.4 ermittelt und dem Addierer 3.1 zugeleitet; die Rückkopplungssignale zur Übertragung einer Information über die Ist-Drehzahl oder die Ist-Position werden am Elektromotor 5.3 ermittelt und dem Addierer 2.1 zugeleitet. Dadurch werden die beiden Regelschleifen für Drehzahl und Lage des Elektromotors 5.3 geschlossen.
Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß die Lagesollwertvorgaben Ls gleichzeitig den beiden Summierern 2.1 und 3.1 des Lage- und Drehzahlregelkreises zugeleitet werden. Dadurch kann sowohl der Lageregelkreis als auch der Drehzahlregelkreis die Lagesollwertvorgaben Ls sofort verarbeiten. Diese Verarbeitung erfolgt im Lage- und Drehzahlregelkreis zeitlich im wesentlichen parallel.
In Fig. 2 ist eine ähnliche Regelung wie in Fig. 1 detaillierter dargestellt. Die Werte Ls der Lagesollwertvorgabe 1.1 werden einem Differenzierer 2.0 und einem Summierer 3.1 des Lageregelkreises zugeleitet. Der Differenzierer 2.0 berechnet aus den Lagesollwertvorgaben Ls die Drehzahlsollwertvorgaben Ds. Diese werden der Baugruppe zur Stromvorsteuerung 4.1 und dem Summierer 2.1 des Drehzahlregelkreises zugeleitet.
Der Summierer 2.1 berechnet aus Drehzahlsollwertvorgaben Ds und tatsächlicher Drehzahl Di die Regelabweichung RaD, die dem Drehzahlregler 2.2 zugeleitet wird. Als Drehzahlregler 2.2 wird vorteilhaft ein PID-Regler benutzt. Die Ausgangssignale des Drehzahlreglers 2.2 können bei Bedarf zusätzlich einem ersten Filter 2.3 zugeleitet werden, das als Tiefpaß, Bandsperre oder Hochpaß ausgestaltet sein kann. Die Filtercharakteristik wird abhängig von Resonanzfrequenzen im Drehzahlregelkreis gewählt, deren Amplituden durch dieses Filter 2.3 verringert werden oder deren Phasengang optimiert wird. Alternativ kann ein Filter 2.3 mit einer Übertragungsfunktion zur Beherrschung von Resonanzen eingesetzt werden, wobei die Übertragungsfunktion in ausgewählten Frequenzbereichen einen positiven Phasenverlauf besitzt.
Im Lageregelkreis wird im wesentlichen gleichzeitig durch den Summierer 3.1 aus Lagesollwertvorgabe Ls und tatsächlicher Lage Li die Regelabweichung RaL berechnet, die dem Lageregler 3.2 zugeleitet wird. Als Lageregler 3.2 wird vorteilhaft ein PID2-Regler benutzt. Die Ausgangssignale des Lagereglers 3.2 können bei Bedarf zusätzlich einem zweiten Filter 3.3 zugeleitet werden, dessen Filtercharakteristik durch Wahl eines passenden Phasen- und Amplitudenverlaufs abhängig von Resonanzfrequenzen im Lageregelkreis gewählt wird, um die Amplituden durch dieses Filter 3.3 zu verringern.
Im Summierer 5.1 werden die Ausgangssignale von erstem und zweitem Filter 2.3 und 3.3 und von der Stromvorsteuerung 4.1 aufsummiert. Der derart aufsummierte Wert für die Stromvorgabe wird dem Stromregelkreis 5.2 zugeleitet, der den Strom des Elektromotors 5.3 bestimmt.
In einer alternativen Ausgestaltung können die beiden Filter 2.3 und 3.3 zu einem einzigen Filter zusammengefaßt und nach dem Summierer 5.1 angeordnet werden. Die Filtercharakteristik ist dabei wieder so zu wählen, daß Resonanzüberhöhungen in der Amplitude der Reglerausgangssignale von Drehzahlregler 2.2 und Lageregler 3.2 gedämpft werden. Es können auch nach beiden Reglern 2.2 und 3.2 und nach dem Summierer 5.1 oder nach einem der beiden Regler 2.2 oder 3.2 und nach dem Summierer 5.1 Filter vorgesehen werden, um Resonanzüberhöhungen zu dämpfen.
Die erfindungsgemäße Regelungsstruktur kann überall dort eingesetzt werden, wo durch einen rotierenden Elektromotor oder durch einen Linearmotor die Position einer Baugruppe eingestellt werden soll und Sollwerte Ls für die gewünschte Position vorgegeben werden.
Im folgenden soll das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Regelungsanordnung unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Baugruppen erläutert werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen parallelen Anordnung von Drehzahl- und Lageregelkreis gemäß Fig. 2 werden durch die Baugruppe 1.1 zur Sollwertvorgabe für die durch den Elektromotor 5.3 einzustellenden Lagewerte diese Lagesollwerte im wesentlichen gleichzeitig sowohl dem Drehzahlregelkreis als auch dem Lageregelkreis vorgegeben.
Im Lageregelkreis wird anschließend von dem derart vorgegebenen Lagesollwert Ls der Lageistwert Li im Summierer 3.1 subtrahiert und derart die Regelabweichung RaL der Lage ermittelt.
Der Lageistwert Li kann auf verschiedene Art und Weise ermittelt werden. Es besteht die Möglichkeit, daß am Elektromotor 5.3 ein Geber angeschlossen ist, der unmittelbar als Ausgangssignal die Lage Li liefert. Dieses Ausgangssignal wird dann unmittelbar an den Summierer 3.1 weitergeleitet. Alternativ kann der Geber die Drehzahl des Elektromotors 5.3 als Ausgangssignal liefern; dieses Ausgangssignal wird dann integriert bzw. summiert, um die Lage zu ermitteln, die dem Summierer 3.1 zugeleitet wird. In einer weiteren Alternative kann auch ein Geber an der Baugruppe befestigt sein, die durch den Elektromotor 5.3 positioniert wird. Dann kann unmittelbar die Lage Li dieser Baugruppe durch den Geber erfaßt und dem Summierer 3.1 zugeleitet werden.
Die Regelabweichung RaL der Lage wird dann dem Lageregler 3.2 zugeleitet, der vorteilhaft als PID2-Regler realisiert ist. Das Ausgangssignal des PID2-Reglers 3.2 weist eine zum Eingangssignal proportionale Komponente, eine durch Integration des Eingangssignals ermittelte Komponente, eine durch einfache Differentiation bzw. Differenzenbildung des Eingangssignals ermittelte Komponente und eine durch zweifache Differentiation bzw. Differenzenbildung des Eingangssignals ermittelte Komponente auf. Die Gewichtung der einzelnen Komponenten ist durch individuelle Verstärkungsfaktoren KPL, KIL, KDL und KDDL für jede Komponente einstellbar. Diese Verstärkungsfaktoren KPL, KIL, KDL und KDDL für die einzelnen Komponenten können dabei erfindungsgemäß nahezu unabhängig von den Verstärkungsfaktoren KPD, KID und KDD des Drehzahlreglers 2.2 gewählt werden.
Anschließend wird das Ausgangssignal des Lagereglers 3.2 im Summierer 5.1 mit weiteren Ausgangssignalen aufsummiert.
Damit die Lagesollwerte Ls der Baugruppe 1.1 im Drehzahlregelkreis verarbeitet werden können, werden diese vorher noch durch einen Differenzierer 2.0 differenziert bzw. in diskreten (digitalen) Systemen wird die Differenz aus aufeinanderfolgenden Lagesollwerten Ls(k) - Ls(k-1) berechnet. Dadurch wird aus den Lagesollwerten Ls die Lageänderung ermittelt, die dem Sollwert Ds der Drehzahl entspricht. Von diesem Sollwert Ds der Drehzahl wird der Istwert Di der Drehzahl im Summierer 2.1 subtrahiert, um die Regelabweichung RaD der Drehzahl zu ermitteln.
Der Istwert Di der Drehzahl wird dabei beispielsweise durch einen am Elektromotor 5.3 angeordneten Geber ermittelt. Liefert dieser Geber unmittelbar die Drehzahl Di als Ausgangssignal, kann dieses Ausgangssignal unmittelbar dem Summierer 2.1 zugeleitet werden. Wird durch den Geber die Position ausgegeben, muß diese vorher noch in einem Differenzierer 2.0 differenziert werden bzw. die Positionsänderung ermittelt werden. Dann wird dieses Signal dem Summierer 2.1 zugeleitet. Als Geber im Drehzahl- und Lageregelkreis kann ein Drehgeber oder ein Längenmeßsystem eingesetzt werden, abhängig davon, ob eine rotatorische oder lineare Bewegung durch den Geber gemessen werden soll.
Die Regelabweichung RaD der Drehzahl wird dem Drehzahlregler 2.2 zugeleitet, der vorteilhaft durch einen PID-Regler realisiert wird. Das Ausgangssignal des PID-Reglers 2.2 weist eine zum Eingangssignal proportionale Komponente, eine durch Integration des Eingangssignals ermittelte Komponente und eine durch einfache Differentiation bzw. Differenzenbildung des Eingangssignals ermittelte Komponente auf. Die Gewichtung der einzelnen Komponenten ist durch einen individuellen Verstärkungsfaktor KPD, KID und KDD für jede Komponente einstellbar. Diese Verstärkungsfaktoren KPD, KID und KDD für die einzelnen Komponenten können dabei erfindungsgemäß nahezu unabhängig von den Verstärkungsfaktoren KPL, KIL, KDL und KDDL des Lagereglers 3.2 gewählt werden, da die beiden Regler 2.2 und 3.2 parallel angeordnet sind und sich daher kaum gegenseitig beeinflussen können.
Das Ausgangssignal des Drehzahlreglers 2.2 wird ebenfalls dem Summierer 5.1 zugeleitet.
Das Ausgangssignal des Summierers 5.1 wird einem Stromregelkreis 5.2 zugeleitet, in dem es als Sollwertvorgabe für den im Elektromotor 5.3 durch den Stromregelkreis 5.2 einzustellenden Strom benutzt wird.
Dieser Strom wird vom Stromregelkreis an den Elektromotor 5.3 ausgegeben. Weiterhin sind Detektoren vorgesehen, um festzustellen, welcher Strom tatsächlich im Elektromotor 5.3 fließt. Diese Detektoren melden den Istwert des Motorstroms an den Stromregelkreis 5.2 zurück.
Optional kann zwischen dem Differenzierer 2.0 und dem Summierer 5.1 noch eine Stromvorsteuerung 4.1 vorgesehen sein, die parallel zum Drehzahlregler 2.2 geschaltet ist. Durch die Stromvorsteuerung 4.1 wird aufgrund mechanischer Eigenschaften das benötigte Moment und damit ein Stromsollwert für den Elektromotor 5.3 abgeschätzt, der im Summierer 5.1 zu den Ausgangssignalen des Drehzahl- und Lagereglers addiert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen Drehzahlregler 2.2 und Summierer 5.1 ein Filter 2.3 geschaltet. Durch dieses Filter 2.3 wird der Amplitudenverlauf des Ausgangssignals des Drehzahlreglers 2.2 geglättet. Durch diese Glättung werden Resonanzüberhöhungen im Ausgangssignal des Drehzahlreglers 2.2 gedämpft, wodurch eine größere Stabilität oder eine schnellere Regelung erreicht werden kann.
Auch nach dem Lageregler kann ein derartiges Filter 3.3 vorgesehen sein. Dadurch wird dann der Amplitudenverlauf des Ausgangssignals des Lagereglers 3.2 geglättet. Dies geschieht, indem Resonanzüberhöhungen im Ausgangssignal des Lagereglers 3.2 gedämpft werden.
Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ zu einem oder beiden eben beschriebenen Filtern 2.3 und 3.3 nach dem Summierer 5.1 noch ein Filter eingefügt werden. Auch durch dieses Filter wird der Amplitudenverlauf geglättet und zwar der des Ausgangssignals des Summierers 5.1. Durch diese Glättung kann erreicht werden, daß die Verstärkungsfaktoren in den Regelkreisen für Lage, Drehzahl und Strom optimal im Hinblick auf Stabilität und Regelgeschwindigkeit eingestellt werden können.
Das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Regelungsanordnung wird nun anhand von Fig. 3 zusammengefaßt. Im Schritt 11 werden die Lagesollwerte LS vorgegeben. Im Schritt 31 wird die Regelabweichung RaL für den Lageregler bestimmt, indem vom Lagesollwert Ls der Lageistwert Li subtrahiert wird.
RaL = LS - Li
Anschließend wird in Schritt 32 die Reglerfunktion fRL des Lagereglers berechnet. Die darin enthaltenen Verstärkungsfaktoren KPL, KIL, KDL und KDDL des Lagereglers können dabei weitgehend unabhängig von den Verstärkungsfaktoren KPD, KID und KDD der Reglerfunktion des Drehzahlreglers gewählt werden. Einzig relevantes Kriterium für deren Werte ist eine schnelle und stabile Regelung zu realisieren.
Im Schritt 33 erfolgt eine Filterung von Resonanzüberhöhungen, so daß nach der Filterung ein Signal mit im wesentlichen konstanter Amplitude bei genügend Phasenreserve im interessierenden Frequenzbereich vorliegt.
Zur Drehzahlregelung wird im Schritt 20 durch Differenzieren der Drehzahlsollwert Ds aus der Lageabweichung Ls berechnet
Im Schritt 21 wird die Regelabweichung RaD für den Drehzahlregler bestimmt, indem vom Drehzahlsollwert Ds der Drehzahlistwert Di subtrahiert wird.
RaD = Ds - Di
Anschließend wird in Schritt 22 die Reglerfunktion fRD des Drehzahlreglers berechnet.
Im Schritt 23 erfolgt eine Filterung von Resonanzüberhöhungen, so daß nach der Filterung ein Signal mit im wesentlichen konstanter Amplitude bei genügende Phasenreserve im interessierenden Frequenzbereich vorliegt.
Im Schritt S1 werden die beiden gefilterten Reglerfunktionen fRL und fRD addiert. Anschließend kann optional eine weitere Filterung des Ausgangssignals des Summensignals aus Schritt 51 in Schritt 511 erfolgen. Auch dadurch soll wieder ein möglichst konstanter Amplitudenverlauf bei genügende Phasenreserve im interessierenden Frequenzbereich eingestellt werden. Für die Filterung in Schritt 511, 33 und 23 wird die Übertragungsfunktion der Filter abhängig von den Eigenschaften der Regelstrecke gewählt, um die Diskrepanz zwischen tatsächlichem und gewünschtem Amplitudenverlauf zu minimieren.
Anschließend wird das derart erzeugte Signal als Sollwertvorgabe für den Strom der Stromregelung in Schritt 52 zugeführt, durch die der Strom für den Elektromotor 5.3 geregelt wird.
Im Schritt 53 werden die Lageistwerte Li oder die Istdrehzahl, abhängig von der Ausgestaltung des dafür verwendeten Gebers am Elektromotor 5.3 oder an der von ihm angetriebenen Baugruppe 5.4 für die Regelkreise bestimmt.

Claims (21)

1. Regelungsanordnung für einen Elektromotor, welche einen Lageregelkreis (3.1, 3.2), einen Drehzahlregelkreis (2.1, 2.2) und einen Stromregelkreis (5.2) aufweist, wobei der Lageregelkreis (3.1, 3.2) mit einer Baugruppe zur Vorgabe von Lagesollwerten und der Stromregelkreis (5.2) mit dem Elektromotor (5.3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageregelkreis (3.1, 3.2) und der Drehzahlregelkreis (2.1, 2.2) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
2. Regelungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge von Lageregelkreis (3.1, 3.2) und Drehzahlregelkreis (2.1, 2.2) mit einer Baugruppe (1.1) zur Vorgabe von Lagesollwerten (Ls) verbunden sind.
3. Regelungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Lagereglers (3.2) und der Ausgang des Drehzahlreglers (2.2) mit je einem Eingang eines Summierers (5.1) verbunden sind.
4. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Summierers (5.1) mit dem Eingang des Stromregelkreises (5.2) verbunden ist, durch den der Strom in dem Elektromotor (5.3) bestimmt wird.
5. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sollwerte mindestens einer eine Bewegung charakterisierenden Größe einer Baugruppe (4.1) zur Stromvorsteuerung zugeleitet werden, deren Ausgang mit einem Eingang des Summierers (5.1) verbunden ist.
6. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz aus dem Ausgangssignal der Baugruppe (1.1) zur Vorgabe von Lagesollwerten (Ls) und dem Ausgangssignal eines mit dem Motor (5.3) starr verbundenen Gebers dem Drehzahlregler (2.2) zugeleitet wird.
7. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz aus dem Ausgangssignal der Baugruppe (1.1) zur Vorgabe von Lagesollwerten (Ls) und dem Ausgangssignal eines Gebers, der mit einer von dem Motor (5.3) angetriebenen Baugruppe (5.4) oder dem Motor (5.3) selbst verbunden ist, dem Lageregler (3.2) zugeleitet wird.
8. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageregler (3.2) durch einen PID2- Regler realisiert wird.
9. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler (2.2) durch einen PID- Regler realisiert wird.
10. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Lageregelkreis (3.1, 3.2) ein erster Filter (3.3) angeordnet ist, welcher Resonanzüberhöhungen im Lageregelkreis (3.1, 3.2) dämpft.
11. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehzahlregelkreis (2.1, 2.2) ein zweiter Filter (2.3) angeordnet ist, welcher Resonanzüberhöhungen im Drehzahlregelkreis (2.1, 2.2) dämpft.
12. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Summierer (5.1) ein Filter angeordnet ist, welcher Resonanzüberhöhungen in Lageregelkreis und Drehzahlregelkreis dämpft.
13. Regelungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5.3) als rotierender Elektromotor oder als Linearmotor ausgestaltet ist.
14. Verfahren zum Betrieb einer Regelungsanordnung, welche einen Lageregelkreis (3.1, 3.2), einen Drehzahlregelkreis (2.1, 2.2) und einen Stromregelkreis (5.2) für einen Elektromotor (5.3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Baugruppe (1.1) erzeugte Sollwertvorgaben (Ls) im wesentlichen gleichzeitig dem Lageregelkreis (3.1, 3.2) und dem Drehzahlregelkreis (2.1, 2.2) zugeleitet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale vom Lageregelkreis (3.1, 3.2) und Drehzahlregelkreis (2.1, 2.2) in einem Summierer (5.1) addiert werden.
16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Summierers (5.1) einem Stromregelkreis (5.2) zugeleitet wird und durch den Stromregelkreis (5.2) der Strom des Elektromotors (5.3) geregelt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal der Baugruppe (1.1) zur Sollwertvorgabe (Ls) einem Differenzierer (2.0) zugeleitet wird, anschließend vom Ausgangssignal des Differenzierers (2.0) die tatsächlich detektierte Motordrehzahl (Di) im Summierer (2.1) subtrahiert wird und diese Differenz (RaD) dem Drehzahlregler (2.2) zugeleitet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Summierer (3.1) die tatsächlich detektierte Lage (Li) von der Sollwertvorgabe (Ls) der Baugruppe (1.1) subtrahiert wird und die Differenz (RaL) dem Lageregler (3.2) zugeleitet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Differenzierers (2.0) einer Baugruppe zur Stromvorsteuerung (4.1) zugeleitet wird und deren Ausgangssignal dem Summierer (5.1) zugeleitet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehzahlregelkreis (2.2) eine Filterung durch ein Filter (2.3) und/oder im Lageregelkreis (3.2) eine Filterung durch ein Filter (3.3) erfolgt und/oder das Ausgangssignal des Summierers (5.1) durch eine Filterung derart verändert werden, dass Resonanzüberhöhungen in der Amplitude verringert werden.
21. Verwendung der erfindungsgemäßen Regelungsanordnung und des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens in einer Fräsmaschine, einer Drehmaschine, einer Erodiermaschine, einer Schleifmaschine, einer Werkzeugmaschine oder in einem Bearbeitungszentrum.
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