DE2601332B2 - Verfahren zur adaptiven Steuerung von Stellantrieben - Google Patents

Verfahren zur adaptiven Steuerung von Stellantrieben

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DE2601332B2
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Description

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wobei Signal D repräsentativ ist für die von Ay abhängige Verstellung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale als weg- bzw. drehwinkelabhängige elektrische Größen dargestellt werden, mit
Lu = Anzahl der Umdrehungen des Motors zum
Durchlaufen der Getriebelose;
Na = Anzahl der Umdrehungen des Nachlaufs;
Du = errechnete Anzahl von Umdrehungen zum
Durchlaufen von Ay, bezogen auf die Anzahl
von Umdrehungen zum Durchlaufen des
Stellbereichs V*.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale als zeitabhängige elektrische Größen dargestellt werden mit
den Getriebes das Signal L nur bei Drehrichtungsumkehr berücksichtigt wird.
L, = Zeitdauer zum Durchlaufen der Getriebelose,
Ni — Zeitdauer des Nachlaufs,
Di = Laufzeit als Funktion des Produkts von Stellinkrement Δyund Stellzeit Ty.
4. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere bei großen Verstellungen und/oder nichtkonstantem Lastmoment, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stellinkrement Ay entsprechende Verstellung in zwei Schritten vorgenommen wird, mit der jeweiligen Motoreinschaltdauer T2\ und Tn, wobei der zweite Schritt beginnt, wenn die Verstellung einen Wert erreicht, welcher kleiner gleich 10% des Stellbereichs ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Stellschritt gleichzeitig eine Umschaltung der Stellgeschwindigkeit vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale L und N für jede Drehrichtung getrennt ermittelt und gespeichert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines selbsthemmen-
35
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur adaptiven Steuerung von Stellantrieben mit Elektromotor und mechanischem Getriebe.
Bei elektromotorischen Stellantrieben für Regelzwecke werden die Motoren bei Stellzeiten unterhalb 30 see üblicherweise mit Thyristoren angesteuert und elektronisch gebremst
Bei Stellantrieben mit Stellzeiten über 30 see sind heute überwiegend elektromechanische Bremsen eingesetzt, um einen unkontrollierbaren, vom Lastmoment abhängigen Nachlauf zu vermeiden.
Da diese mechanischen Bremseinrichtungen jedoch einem Verschleiß unterworfen sind und gewartet werden müssen, besteht die Aufgabe, insbesondere für größere elektromotorische Stellantriebe, ein Verfahren zur adaptiven Steuerung zu entwickeln, mit Hilfe dessen auf eine eigentliche Bremseinrichtung verzichtet werden kann und in welchem keine mechanischen Verschleißteile mehr verwendet werden müssen.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einem Verfahren zur adaptiven Steuerung von Stellantrieben mit Elektromotor und mechanischem Getriebe gesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß bei jeder Verstellung folgende elektrische Signale gewonnen und gespeichert werden: Signal L, repräsentativ für die Getriebelose, insbesondere bei Drehrichtungsumkehr, vom Einschalten des Motors oder vom Bewegungsbeginn der Motorwelle bis zum Bewegungsbeginn des Stellglieds oder eines der mechanischen Übertragungsglieder; Signal N, repräsentativ für den Nachlauf vom Abschalten des Motors bis zum Stillstand des Stellglieds oder eines der mechanischen Übertragungsglieder; und daß bei jeder Verstellung um ein Stellinkrement Ay aus den zwei, bei der vorhergehenden Verstellung gewonnenen und gespeicherten Signalen L\ und N\ die Einschaltdauer T2 des Motors berechnet wird nach der Beziehung
wobei Signal D repräsentativ ist für die von \Ay\ abhängige Verstellung.
Die Signale können auf analoge ode.' digitale Weise gewonnen und gespeichert werden.
Mit diesen Verfahren können sehr schnelle Antriebe
so mit sehr kurzen Stellzeiten ohne eine Bremseinrichtung verwirklicht werden, womit schnelle Regelstrecken, z. B. Drucklegung, gut zu beherrschen sind. Die Lose in den Getrieben zwischen dem schnellaufenden Stellmotor und dem langsamlaufenden Stellglied, die sich bisher immer sehr störend bemerkbar machte, ist nunmehr ohne Einfluß; es ist somit auch möglich, von vornherein
Getriebe mit größerer Lose einzusetzen und so den
fertigungstechnischen Aufwand erheblich zu verringern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfah-
rens werden die Signale als weg- bzw. drehwinkelabhängige elektrische Größen dargestellt, wobei Lu die Anzahl der Umdrehungen des Motors zum Durchlaufen der Getriebelose, Nu die Anzahl der Umdrehungen des Nachlaufs und Du die errechnete Anzahl von Umdrehungen zum Durchlaufen von \Ay\, bezogen auf die Anzahl von Umdrehungen zum Durchlaufen des Stellbereichs Y/, sind.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist es
möglich, insbesondere bei großen Verstellungen und/oder bei nicht konstantem Lastmoment, die Verstellung in zwei Schritten vorzunehmen, wobei der zweite Schritt beginnt, wenn die Verstellung einen Wert erreicht hat welcher kleiner oder gleich 10% des Stellbereichs ist. Gleichzeitig kann auch eine Umschaltung auf eine langsamere SteDgeschwindigkeit vorgenommen werden, so daß der vorgegebene SiellungssoU-wert sehr genau und ohne Uberscbwingung zu erreichen ist.
Bei der Verwendung von selbsthemmenden Getrieben vereinfacht sich das angegebene Verfahren insofern, als das der Getriebelose entsprechende Signal L nur bei Drehrichtungsumkehr zu berücksichtigen ist
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 und 3 Ausführungsmöglichkeiten des Verfahrens anhand von Signalflußplänen dargestellt in den F i g. 2 und 4 sii?d Funktionsdiagramme dargestellt
F i g. 1: Ein Stellantrieb besteht aus dem Elektromotor 1, der auf ein mechanisches Obersetzungsgetriebe 2 mit der Obersetzung Ü arbeitet wobei unter dem Getriebe 2 sämtliche zwischen Motor und dem eigentlichen Stellglied liegende mechanische Übertragungsglieder zu verstehen sind. Zum Einschalten des Motors 1 ist der Kraftschalter 3 vorgesehen.
Die adaptive Steuerung soll bei diesem Beispiel in der bevorzugten Weise durch Darstellung der Signale für Getriebelose und Nachlauf als weg- bzw. drehwinkelabhängige elektrische Größen durchgeführt werden. Dazu ist ein Wandler 4 vorgesehen, der die Umdrehungen u der Motorwelle in ein elektrisches Signal, beispielsweise in Impulse, umsetzt. Ein weiterer Wandler 5 setzt die Umdrehungen der Abtriebswelle 6 des Getriebes 2 ebenfalls in elektrische Impulse um. Da die Abtriebswelle 6 bei elektromotorischen Stellantrieben in der Regel nur einen Bruchteil einer Umdrehung ausführt, um das Stellglied über den Stellbereich zu führen, kann der Wandler 5 auch ais Winkelcodierer ausgebildet sein.
Ein Stellinkremeni Ay, das eine Verstellung des Stellglieds bewirken soll, wird einem Funktionsgeber 7 zugeführt dem als weitere Eingangsgröße die Konstante u/Yh. das ist die Anzahl von Umdrehungen zum Durchlaufen des Stellbereichs Yh. aufgeschaltet ist. In dem Funktionsgeber 7 wird der Term D11 errechnet, das ist die Anzahl von Umdrehungen zum Durchlaufen von Ay, bezogen auf u/Yh- Das Ausgangssignal des Funktionsgebers 7 wird der Rechen- und Steuerschaltung 8 zugeführt welche einen Einschaltimpuls auf den Kraftschalter 3 gibt und so den Motor 1 in Gang setzt.
Zur Bildung des Terms L0, das ist die Anzahl der Umdrehungen des Motors zum Durchlaufen der Getriebelose, ist ein weiterer Funktionsgeber 9 vorgesehen, der mit Bewegungsbeginn der Mntorwelle über den Wandler 4 eingeschaltet und mit Bewegungsbeginn der Abtriebswelle 6 über den Wandler 5 ausgeschaltet wird. Die dem Term L11 entsprechenden elektrischen Impulse werden dem einen eines dem Funktionsgeber 9 nachgeschalteten Speicherpaars 10 und 10' zugeführt während der parallelliegende Speicher, welcher den Wert L0 aus der vorhergehenden Verstellung enthält mit der Steuer- und Rechenschaltung 8 verbunden ist.
Ein weiterer Funktionsgeber 11 dient zur Bildung des Terms Nn das ist die Anzahl der Umdrehungen des Nachlaufs. Der Funktionsgeber U wird zum Abschaltzeitpunkt des Motors 1 eingeschaltet und bei Stillstand der Motorwelle ausgeschaltet Auf den Funktionsgeber U foleen ebenfalls zwei wechselweise umschaltbare Speicher 12 und 12*, die, wie bereits bei den Speichern 10 und 10* beschrieben, mit der Steuer- und Rechenschaltung 8 verbunden werden, so daß in dieser die zum Durchlaufen einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen u zur Verstellung des Stellglieds um das Stelfinkrement Ay benötigte Einschaltdauer Ta errechnet werden kann nach der Beziehung
TU=L„+DU-NU.
ίο Mit dem von der Steuer- und Rechenschaltung 8 ausgehenden Abschaltimpuls werden die Ein- und Ausgänge der Speicherpaare 10, 10', 12,12' zeitverzögert umgeschaltet wobei die Zeitverzögerung von der Beendigung des Nachlaufs abhängig gemacht wird.
In Fig.2 ist das Steuerverfahren graphisch dargestellt mit der Stellgröße y über den Umdrehungen u der Motorwelle.
Man erkennt daß beim Auftreten des Stellinkrements +4kdie auf Umdrehungen t/der Motorwelle bezogene Einschaltdauer Tut des Motors beginnt Während des Durchlaufens der Getriebelose, deren elektrisches Signal L„\ aus der vorhergehenden Verstellung gespeichert war, beginnt die eigentliche Verstellung des Stellgliedes mit Du als eine von Ay abhängige Größe, von der der aus der vorigen Verstellung gespeicherte Nachlauf Nu\ abgezogen wird und das Ende der Einschaltdauer Ύ& ergibt Während dieses Verstellschritts sind die sich dabei ergebenden neuen Größen La und yVu2 in die mit den Funktionsgebern verbundenen
ω Speicher eingelesen worden, so daß sie bei einem neuerlichen Stellschritt — Ay in Gegenrichtung, wie angedeutet zur Berechnung der Einschaltdauer Tu3 herangezogen werden können.
Wie aus den angegebenen Verfahrensschritten zu
J5 erkennen ist, braucht der Anlaufvorgang des Motors bei der Beziehung auf die Umdrehungen nicht berücksichtigt werden, auch die Drehzahl des Motors braucht nicht konstant zu sein. Zeitliche Änderungen des Nachlaufs, z. B. durch Temperaturänderung des Getriebeöls,
werden fortlaufend berücksichtigt ebenso Änderungen des Losebereichs, die beispielsweise durch Verschleiß bedingt sind.
Falls aus konstruktiven Gegebenheiten Lose und Nachlauf für die beiden Drehrichtungen unterschiedlich sind, können die genannten Verfahrensschritte für jede Drehrichtung für sich durchgeführt werden.
In Fig.3 ist der Signalfluß einer anderen Ausführungsart des Verfahrens dargestellt, bei der die Einschaltdauer Tdes Motors 1 zeitlich bezogen ist.
Der Stellantrieb besteht wieder, wie in dem vorhergehenden Beispiel aus dem Motor 1, dem Getriebe 2 mit der Abtriebswelle 6 und einem von dieser betriebenen Wandler 5, welcher den Drehwinkel in ein elektrisches Signal umwandelt. In dem Funktionsgeber 7 wird aus dem Stellinkrement Ay und einer der Stellzeit Ty entsprechenden Konstanten der Term D1 gebildet als Funktion des Produkts Ay ■ Ty. Der Term L1, das ist die Zeitdauer zum Durchlaufen der Getriebelose, wird in dem Funktionsgeber 9 gebildet, beispielsweise als
bo Ladespannung für einen Integrator, die während dem von der Schalterstellung des Kraftschalters 3 abgeleiteten Einschaltzeitpunkt des Motors und dem vom Wai.dler 5 abgeleiteten Zeitpunkt des Bewegungsbeginns der Abtriebswelle 6 wirksam ist. Der den Nachlauf repräsentierende Term N, wird in dem Funktionsgeber 11 gebildet, der vom Zeitpunkt der Abschaltung des Motors, abgeleitet aus der Ausschaltstellung des Kraftschalters 3 und dem Zeitpunkt des Stillstands der
Abtriebswelle 6, ebenfalls einen Speicher lädt.
Die Speicheranordnung 10,10' und 12,12' entspricht im übrigen dem vorhergehenden Beispiel. Im Rechen- und Steuerwerk wird die Einschaltdauer Ta mit den Werten L,\ und N,\ aus dem vorhergehenden Stellschritt sowie dem Term D, als Funktion von Ay in der bereits allgemein angegebenen Weise errechnet
Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zum analogen Betrieb, da sich die Schaltung mit relativ einfachen Mitteln aufbauen IaBt, unter der Voraussetzung, daß die Anlaufzeit des Motors bis zum Erreichen der Nenndrehzahl vernachlässigbar klein oder konstant ist.
Bei großen Verstellungen und/oder nichtkonstantem Lastmoment des Stellglieds kann die Verstellung auch in zwei Schritten vorgenommen werden, wie es in dem Diagramm der Fig.4 dargestellt ist Es wird in der bereits bekannten Weise der Term Di\ für den ersten Schaltschritt ermittelt, der beim Erreichen eines Wertes der Steilgröße, die der Differenz Ay- k ■ Yh entspricht, wobei k kleiner oder gleich 0,1 ist, also hier etwa 10% des Stellbereichs entspricht Aus den gespeicherten Werten Ly und M sowie dem Wert Di\ ergibt sich die Einschaltdauer Γ21 für den ersten Stellschritt, die zweite Einschaltung mit der Dauer Tn läßt den Stellantrieb über den Restweg laufen, wo angenommen wender kann, daß das Lastmoment konstant bleibt Da bei dei Verstellung in gleicher Richtung eine Getriebelose nichl zu durchlaufen ist, schließt sich an die Teilverstellung Di\ die weitere Teilverstellung Dn nahtlos an. Gleichzeitig kann eine Umschaltung des Stellmotors aul niedrigere Drehzahlen, beispielsweise durch Polumschaltung, stattfinden, versinnbildlicht durch den kleine
ίο ren Gradienten des Kurvenstücks des zweiten Stell schritts, $0 daß ein sehr genaues Einlaufen dei Steilgröße in den vorgegebenen Sollwert erreich! werden kann. Für die beiden Einschaltungen T2\ und T2. sind dann die Verfahrensschritte getrennt vorzunehmen, wie es durch Einführung des Nachlaufwerts Nu au! dem vorhergehenden zweiten Stellschritt angedeutet ist
Bei kleinen Stellinkrementen Ay, deren Betraf innerhalb der Größe Jt · Yh liegt wird die Verstellung
2ü nur mit der kleinen Drehzahl vorgenommen.
Es lassen sich mit diesen Steuerungsverfahrer Stellantriebe mit kleiner Stellzeit und hohem Auflö sungsvermögen (Stellgenauigkeit) ohne die bishei übliche Bremseinrichtung betreiben.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur adaptiven Steuerung von Stellantrieben mit Elektromotor und mechanischem Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Verstellung folgende elektrische Signale gewonnen und gespeichert werden:
Signal L, repräsentativ für die Getriebelose, insbesondere bei Drehrichtungsumkehr, vom Einschalten des Motors, oder vom Bewegungsbeginn der Motorwelle bis zum Bewegungsbeginn des Stellglieds oder eines der mechanischen Übertragungsglieder;
Signal N, repräsentativ für den Nachlauf vom Abschalten des Motors bis zum Stillstand des Stellglieds oder eines der mechanischen Übertragungsglieder;
und daß bei jeder Verstellung um ein Stellinkrement 4y aus den zwei bei der vorhergehenden Verstellung gewonnenen und gespeicherten Signale L\ und /Vi die Einschaltdauer T2 des Motors berechnet wird nach der Beziehung
DE2601332A 1976-01-15 1976-01-15 Verfahren zur adaptiven Steuerung von Stellantrieben Ceased DE2601332B2 (de)

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EP0276338A1 (de) * 1987-01-24 1988-08-03 Centra-Bürkle Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines mit einer Lose behafteten Stellgerätes

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Legal Events

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