DE2917868C2 - - Google Patents
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- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
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- B65H23/04—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
- B65H23/18—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web
- B65H23/182—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web in unwinding mechanisms or in connection with unwinding operations
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- Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf
eine Regelanordnung für einen Rollenträger, bei dem
von einer drehbar gelagerten Rolle eine Bahn mit vorgegebener Bahnspannung abgewickelt wird,
wobei der Rolle eine elektromotorische Antriebs- oder Bremseinrichtung mit einem Drehzahlregler
und einem Rechner zugeordnet ist, der optimierte Regelparameter für den Drehzahlregler fortlaufend
aus den Streckenparametern ermittelt, nach Patent 27 32 644.
Regelanordnungen für Rollenträger mit fest eingestellten Regelparametern des Drehzahlreglers
arbeiten unbefriedigend, da sich während eines Abwickelvorganges die Zeitkonstante der Strecke in
weiten Grenzen verändert. Die Veränderung der Zeitkonstante wird verursacht durch die starke
Abnahme des Trägheitsmoments der Rolle mit abnehmendem Durchmesser. In der DE-PS 27 32 644 ist
eine ständige Ermittlung optimierter Regelparameter in Abhängigkeit von den sich verändernden
Streckenparametern vorgesehen. Das momentane Trägheitsmoment wird vom Rechner aus
Eingabegrößen für die Bahnbreite und die spezifische Materialdichte, sowie aus dem momentanen
Radius der Rolle ermittelt. Die Bahnbreite könnte auch von einer mechanischen Meßvorrichtung
ermittelt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelanordnung für einen Rollenträger
nach der DE-PS 27 32 644 so weiterzubilden, daß eine Eingabe bzw. Erfassung der spezifischen Dichte
des Bahnmaterials und der Bahnbreite nicht mehr erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rechner die optimierte
Reglerverstärkung und/oder die optimierte Nachstellzeit des Drehzahlreglers aus einem während des
Hochlaufs der neuen Rolle bestimmten Anfangswert ihres Trägheitsmomentes und dem momentanen
Radius der Rolle beim Abwickeln ermittelt.
Bei der erfindungsgemäßen Regelanordnung werden keine Eingabevorrichtungen oder Meßvorrichtung
für die spezifische Materialdichte und die Bahnbreite mehr benötigt. Die Ermittlung der
optimierten Reglerparameter erfolgt vollkommen selbsttätig aus den sich verändernden Streckenparametern.
Neben einer Verringerung des konstruktiven Aufwandes ist damit insbesondere auch eine
größere Sicherheit gegen eine Fehlbedienung gegeben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einem Rollenträger mit einem
Gurtantrieb und einer dem Gurtantrieb zugeordneten elektrischen Maschine ist eine Schaltungsanordnung
vorgesehen, die den Anfangswert des Trägheitsmoments der Rolle aus Meßwerten für die
synchrone Drehzahl, für die Zeit bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl, für das Antriebsmoment
der elektrischen Maschine und für den Anfangswert des Rollenradius, sowie aus vorgegebenen Werten
für das Trägheitsmoment der elektrischen Maschine und den Radius der Antriebsrollen des
Gurtantriebs ermittelt.
Bei einem Rollenträger mit einem elektrischen Direktantrieb ist nach einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die den Anfangswert des
Trägheitsmoments der Rolle aus Meßwerten für die synchrone Drehzahl, für die Zeit bis zum Erreichen
der synchronen Drehzahl, für das Antriebsmoment des Direktantriebes sowie aus einem
vorgegebenen Wert für das Trägheitsmoment des Direktantriebes ermittelt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
folgenden näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Rollenträger mit einem Gurtantrieb in der normalen Abwickelposition,
Fig. 2 den Rollenträger mit Gurtantrieb in einer Zwischenposition beim Einschwenken in die
Klebeposition,
Fig. 3 den Rollenträger mit Gurtantrieb in der Klebeposition,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Meßanordnung zur Erfassung des Anfangswertes und
des Momentanwertes des Rollenradius,
Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Anfangswertes des Trägheitsmoments einer
Rolle unter einem Gurtantrieb,
Fig. 6 einen Rollenträger mit einem Direktantrieb in der Klebeposition,
Fig. 7 eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Anfangswertes des Trägheitsmoments einer
Rolle bei einem Direktantrieb,
Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Reglers mit optimierbarer Reglerverstärkung.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen zweiarmigen Rollenträger 3 mit einem Gurtantrieb 4, der aus seiner
normalen Abwickelposition (Fig. 1) von einem nicht dargestellten Schwenkantrieb über eine
Zwischenposition (Fig. 2) in die Klebeposition (Fig. 3) geschwenkt werden kann. Derartige
Rollenträger sind zweiarmig oder auch dreiarmig ausgeführt. Am einen Arm des Rollenträgers 3 ist die
ablaufende Rolle (Wickel) drehbar gelagert. Die ablaufende Rolle ist mit der Bezugsziffer 2
gekennzeichnet, wobei die einzelnen Stadien der Rolle während des Abwickelvorganges mit 2 a, 2 b, 2 c
verdeutlicht sind. Von der Rolle 2 wird eine Bahn B in Pfeilrichtung abgezogen, beispielsweise eine
Papierbahn, die über nicht näher bezeichnete Umlenkrollen einer ebenfalls nicht dargestellten
Zuggruppe zugeführt wird. Am anderen Arm des Rollenträgers 3 ist bereits die neue Rolle 1
eingeachst.
In der Darstellung der Fig. 1 läuft die ablaufende Rolle 2 a in der Abwickelposition des Rollenträgers
3 unter dem Gurtantrieb 4. Dem Gurtantrieb 4 ist ein elektromotorischer Antrieb mit einer elektrischen
Maschine 5 zugeordnet, die von einem Stromrichter 6 gespeist wird. Der Stromrichter 6 wird von
einem Steuersatz 33 mit Zündimpulsen angesteuert, dessen Steuerspannung von einem Stromregler
32 gebildet wird, dem ein Vergleicher 31 eingangsseitig vorgeschaltet ist. Die elektrische Maschine 5
ist mit einem Tachogenerator 7 zur Erzeugung einer dem Drehzahl-Istwert proportionalen
Tachospannung gekuppelt.
Die Bahn B soll mit einer gleichbleibenden Bahnspannung in die nachfolgende Verarbeitungsmaschine
einlaufen, beispielsweise in eine Druckmaschine. Die Reglung der Bahnspannung erfolgt über
den Gurtantrieb 4. Der Gurtantrieb 4 wird von einer Regeleinrichtung mit einem Lageregler 8, einem
Drehzahlregler 13 und dem unterlagerten Stromregler 32 in Abhängigkeit von der Lage einer
Tänzerwalze 9 geregelt, beispielsweise derart, daß die Tänzerwalze 9 in der Mitte ihres Stellbereiches
bleibt. Die Tänzerwalze 9 ist gewichtsbelastet oder erhält eine pneumatische Vorspannung. Ein Istwert
für die Lage der Tänzerwalze 9 wird an einem schematisch dargestellten Potentiometer 14 abgegriffen
und in einem Vergleicher 10 mit einem Lagesollwert von einer Einstellvorrichtung 11 verglichen. Die
Lagedifferenz steuert den Lageregler 8 aus, dessen Ausgangsspannung den Drehzahl-Sollwert für den
Drehzahlregler 13 bildet. Der Drehzahl-Sollwert wird in einem weiteren Vergleicher 12 mit der
Tachospannung des Tachogenerators 7 als Drehzahl-Istwert verglichen, die über den geschlossenen
Schaltkontakt 23 auf den Vergleicher 12 geschaltet ist. Die im Vergleicher 12 gebildete Regeldifferenz
steuert den Drehzahlregler 13 aus, dessen Ausgangssignal über die sich in der gezeichneten Stellung
befindlichen Schaltkontakte von Umschaltern 25 und 26 dem Vergleicher 31 als Stromsollwert
zugeführt wird. Im Vergleicher 31 wird der Stromsollwert mit dem von einem Strommeßwandler 34
erfaßten Stromistwert verglichen und dem Stromregler 32 als Regeldifferenz zugeführt. Die
Ausgangsspannung des Stromreglers 32 bildet die Steuerspannung für den Steuersatz 33 des
Stromrichters 6. Somit bestimmt die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 13 die Drehzahl der
elektrischen Maschine 5 und über den Gurtantrieb 4 die Drehzahl der Rolle 2 a.
Die Problematik bei einer derartigen Drehzahlregelung liegt in den erheblichen Änderungen der
Eigenschaften der Regelstrecke während des Abwickelvorganges. Während des Abwickelvorganges
kann beispielsweise der Durchmesser der Rolle von 1 m auf 0,1 m abnehmen. Außerdem können
abhängig vom Produktionsprogramm Bahnen mit unterschiedlicher Breite in einem Bereich von etwa
1 : 4 verwendet werden. Auch das spezifische Gewicht des verwendeten Bahnmaterials kann
unterschiedlich sein. Demnach kann sich auch die Masse der Rolle in einem sehr weiten Bereich
verändern. Die Masse der Rolle hat jedoch einen wesentlichen Anteil am gesamten Trägheitsmoment
der Regelstrecke. Durch die genannten Parameter kann sich das Trägheitsmoment der Rolle in einem
Bereich größer als 1 : 1000 verändern. Bei einer Drehzahlregelung werden die Regelparameter des
Drehzahlreglers 13 üblicherweise so eingestellt, daß im gesamten Regelbereich die Stabilitätsbedingungen
erfüllt sind. Mit derartigen fest eingestellten Regelparametern kann die Drehzahlregelung
jedoch nicht im gesamten Regelbereich optimal arbeiten, da sich die Streckenparameter aufgrund der
großen Unterschiede im Trägheitsmoment der Rolle in einem sehr weiten Bereich verändern. Es
werden daher von einer Recheneinrichtung 50 optimierte Regelparameter für den Drehzahlregler 13
fortlaufend aus den Streckenparametern ermittelt und der Drehzahlregler entsprechend eingestell.
Bei den folgenden Erläuterungen werden die nachstehend aufgeführten Größen verwendet:
a Optimierungsfaktor für die Reglerverstärkung
A wickelspezifischer Summand nach Gl. (10)
d Index für einen Direktantrieb
g Index für einen Gurtantrieb
I a Ankerstrom
J auf den Antrieb bezogenes Trägheitsmoment (J₀=Anfangswert)
J M Trägheitsmoment des Antriebs
J W Trägheitsmoment der Rolle (J W 0=Anfangswert)
k d spezifischer Faktor bei einem Direktantrieb nach Gl. (16d)
k a Konstanter Faktor nach Gl. (3)
k g spezifischer Faktor bei einem Gurtantrieb nach Gl. (11g)
n s synchrone Drehzahl
n n Nenndrehzahl
M k konstantes Antriebsmoment
r Radius der Antriebsrollen des Gurtantriebes
R W Radius der Rolle (R W 0=Anfangswert)
T₁ Nachstellzeit des Reglers
T S Zeitkonstante der Regelstrecke
T S0 Anfangswert von T S
T u Verzugszeit der Regelstrecke
t s Zeit bis zum Erreichen von n s
V K Kreisverstärkung
V R Reglerverstärkung
V S Streckenverstärkung
A wickelspezifischer Summand nach Gl. (10)
d Index für einen Direktantrieb
g Index für einen Gurtantrieb
I a Ankerstrom
J auf den Antrieb bezogenes Trägheitsmoment (J₀=Anfangswert)
J M Trägheitsmoment des Antriebs
J W Trägheitsmoment der Rolle (J W 0=Anfangswert)
k d spezifischer Faktor bei einem Direktantrieb nach Gl. (16d)
k a Konstanter Faktor nach Gl. (3)
k g spezifischer Faktor bei einem Gurtantrieb nach Gl. (11g)
n s synchrone Drehzahl
n n Nenndrehzahl
M k konstantes Antriebsmoment
r Radius der Antriebsrollen des Gurtantriebes
R W Radius der Rolle (R W 0=Anfangswert)
T₁ Nachstellzeit des Reglers
T S Zeitkonstante der Regelstrecke
T S0 Anfangswert von T S
T u Verzugszeit der Regelstrecke
t s Zeit bis zum Erreichen von n s
V K Kreisverstärkung
V R Reglerverstärkung
V S Streckenverstärkung
Für die günstige Einstellung von Regelvorgängen sind zahlreiche Optimierungsvorschriften
bekannt, die beispielsweise beschrieben sind in Winfried Oppelt, "Kleines Handbuch technischer
Regelvorgänge", 3. Auflage, 1960, Seiten 418 bis 433, insbesondere Seite 427. Bei der günstigsten
Einstellung eines Regelkreises ist zu unterscheiden, ob er für die Ausregelung von Störgrößen oder für
die Änderung der Führungsgröße optimiert werden soll, denn ein Regelvorgang ist verschieden
einzustellen, je nachdem ob er eine Störung möglichst rasch ausgleichen soll oder ob er einer
Änderung der Führungsgröße möglichst getreu folgen soll. Weiterhin ist zu unterscheiden, ob ein
aperiodischer Regelvorgang mit kürzester Dauer gefordert wird , oder ob eine gewisse
Überschwingung zugelassen wird, beispielsweise 20% Überschwingung bei kleinster Schwingungsdauer.
Schließlich ist auch zu berücksichtigen, ob es sich bei dem verwendeten Regler um einen
P-Regler, einen Pl-Regler oder eienn PID-Regler handelt.
Die nachfolgenden Erläuterungen werden beispielhaft gegeben für einen PI-Regler, der eine
Störung möglichst rasch ausgleichen soll, wobei 20% Überschwingung bei kleinster Schwingungsdauer
zugelassen sein sollen. Es werden die Optimierungsfaktoren von Chien, Hrones, Reswick
(a. a. O. S. 427) verwendet.
Für die optimierte Kreisverstärkung gilt allgemein die Optimierungsbedingung (1):
wobei der Optimierungsfaktor a für das gewünschte Regelverhalten zu 0,7 gewählt werden kann.
Die Verzugszeit T u der Strecke ist im wesentlichen die Summe der Ankerzeitkonstante der
elektrischen Maschine (5) und der Totzeit des Stromrichters (6).Diese Zeiten sind vom Trägheitsmoment
der Rolle unabhängig. Die Verzugszeit T u kann in dieser Betrachtung näherungsweise als konstant
angesehen werden.
Die Kreisverstärkung V K des Regelkreises ist das Produkt aus der Reglerverstärkung V R und der
Streckenverstärkung V S . Die Streckenverstärkung V S ist das Produkt aller Einzelverstärkungen,
beispielsweise der Verstärkungen der Meßgeber, der unterlagerten Regler, des Stromrichters und des
Antriebs. Die Streckenverstärkung V S ist näherungsweise unabhängig vom Trägheitsmoment der Rolle
und kann daher ebenfalls als konstant angesehen werden. Die Kreisverstärkung V K ist das Produkt aus
der Reglerverstärkung V R und der Streckenverstärkung V S nach Gl. (2):
V K = V R · V S . (2)
Setzt man in Gl. (2) das Optimierungskriterium (1) für die Kreisverstärkung ein, so erhält man Gl. (2.1)
für die optimierte Reglerverstärkung V R :
Man erkennt aus Gl. (2.1), daß die optimierte Reglerverstärkung V R unmittelbar proportional ist zur
Zeitkonstante T S der Reglerstrecke, da der Optimierungsfaktor a, die Verzugszeit T u der Regelstrecke
und die Reglerverstärkung V S näherungsweise konstant sind. Führt man einen konstanten Faktor
k a nach Gl. (3) ein:
so nimmt die Gl. (2.1) die Form (2.2) an:
V R = k a · T S . (2.2)
Das Problem besteht nun darin, daß zur laufenden Ermittlung der optimierten Reglerverstärkung V R
die sich laufend ändernde Zeitkonstante T S der Strecke benötigt wird. Da die Veränderung der
Zeitkonstante T S der Strecke im wesentlichen von der Veränderung des Trägheitsmoments J w der
Rolle bestimmt wird, erfolgt erfindungsgemäß eine laufende Ermittlung des Trägheitsmoments J w der
Rolle aus einem Anfangswert J W0 und dem jeweiligen Radius R w . Gesucht wird somit die Funktion (4):
T S = f(J W0, R w ). (4)
Zur Bestimmung der Parameter der Regelstrecke, die im wesentlichen die elektrische Maschine (5)
mit der Rolle als fest angekuppelter Last enthält, kann die Zeit herangezogen werden, die benötigt
wird, um eine neue Rolle mit einem konstanten Moment aus dem Stillstand auf eine bestimmte
Drehzahl zu beschleunigen.
Unter der Annahme eines weitgehend linearen Hochlaufs einer neuen Rolle bei einem
vorgegebenen konstanten Antriebsmoment M k , vorzugsweise dem Nennmoment, aus dem Stillstand
auf eine vorgegebene Drehzahl n s gilt für die Zeit t s , die bis zum Erreichen der vorgegebenen Drehzahl
n s benötigt wird, die Gl. (5):
Die Gl. (5) kann nach dem Anfangswert J₀ des auf den Antrieb bezogenen gesamten Trägheitsmoments
umgeformt werden zu Gl. (5.1):
Für eine von einem Gurtantrieb (Index g) angetriebene Rolle gilt Gl. (6 g)
Für den Anfangswert J W0 des Trägheitsmoments der Rolle kann die Gl. (6 g) zur Gl. (6.1 g) umgeformt
werden:
Setzt man Gl. (5.1) in Gl. (6.1 g) ein, so erhält man Gl. (6.2 g):
Der Anfangswert J W0 des Trägheitsmoments der Rolle läßt sich somit berechnen, wenn man die
Werte auf der rechten Seite der Gl. (6.2) kennt. Bevor auf die Ermittlung dieser Werte und damit auf die
Ermittlung des Anfangswertes des Trägheitsmoments der Rolle im einzelnen eingegangen wird, wird
zunächst der Ablauf eines Rollenwechsels anhand der Fig. 2 und 3 erläutert:
Sobald der Durchmesser der Rolle 2 einen bestimmten Wert unterschreitet, wird in der Darstellung
der Fig. 2 der Gurtantrieb 4 von der Rolle 2 b abgehoben. Der Arm des Rollenträgers 3 wird
geschwenkt. Die Regelung der Bahnspannung der ablaufenden Bahn B erfolgt jetzt über elektrische
Bremseinrichtungen, beispielsweise über die schematisch dargestellten Induktionsbremsen 17 bzw. 18 sind mit den Rollenachsen und mit Tachogeneratoren 19 bzw. 20
gekuppelt. Durch die Stellung der Schaltkonstante der Umschalter 27 bzw. 28 wird festgelegt, daß die
der Rolle 2 b zugeordnete Induktionsbremse 17 zusammen mit dem zugehörigen Tachogenerator 19
wirksam wird, wenn der Gurtantrieb 4 von der Rolle 2 b abgehoben wird. In der normalen
Abwickelposition sind die Induktionsbremsen 17 bzw. 18 nicht wirksam. Daher befinden sich in der
Darstellung der Fig. 1 die Schaltkonstante der Umschalter 27 und 28 in einer Mittelstellung, so daß keine
der beiden Induktionsbremsen 17, 18 wirksam ist und die Tachospannungen der Tachogeneratoren 19,
20 nicht weiterverarbeitet werden. Zum besseren Verständnis sind in Fig. 2 und Fig. 3 die Umschalter
Induktionsbremse und zum Tachogenerator weggelassen sind.
Fig. 2 zeigt den Rollenträger in einer Zwischenposition während des gegen den Uhrzeigersinn
erfolgenden Schwenkvorganges aus der in Fig. 1 dargestellten Abrollposition in die in Fig. 3
dargestellte Klebeposition. Der Gurtantrieb 4 wurde abgehoben und gleichzeitig wurden die
Schaltkontakte der Schalteinrichtungen in die dargestellten Schaltstellungen umgesteuert. Die
Drehzahlregelung der Rolle 2 b erfolgt nicht mehr über den Gurtantrieb, sondern über die
Induktionsbremse 17. Der Lageistwert von der Tänzerwalze 9 wird am Potentiometer 14 abgegriffen
und im Vergleicher 10 mit dem Lagesollwert von der Einstellvorrichtung 11 verglichen. Die
Ausgangsspannung des Lagereglers 8 bilden den Drehzahl-Sollwert, der im weiteren Vergleicher 12
mit einem Drehzahl-Istwert verglichen wird. Dieser Drehzahl-Istwert wird in dieser Position des
Rollenträgers über den geschlossenen Schaltkontakt 24 vom Tachogenerator 19 geliefert, der mti der
Rolle 2 b gekuppelt ist. Die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 13 wird über den Schaltkontakt
des Umschalters 25 und über ein Anpaßglied als Steuerspannung dem Steuersatz 36 eines weiteren
Stromrichters 16 zugeführt. Der Stromrichter 16 ist das Stellglied für die Induktionsbremse 17, die auf
die Rolle 2 b wirkt.
Fig. 3 zeigt den Rollenträger 3 in der Klebeposition, in der die neue Rolle 1 an die ablaufenden Bahn B
fliegend angeklebt wird. Dieser Vorgang ist im einzelnen beispielsweise beschrieben in der
DE-A-26 19 236. Die Rolle 2 c ist bis auf den Restrollendurchmesser abgelaufen. Die Induktionsbremse
17 ist weiterhin im Eingriff. Die neue Rolle 1 befindet sich unter dem Gurtantrieb 4. Der Gurtantrieb 4
wird auf die neue Rolle 1 abgesenkt.
Damit die neue Rolle 1 fliegend an die Bahn B angeklebt werden kann, muß zunächst die
Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle 1 mit der Bahngeschwindigkeit übereinstimmen. Um diese
Übereinstimmung herzustellen, sind ein Drehzahlregler 30 und ein vorgeschalteter Hochlaufgeber 37
vorgesehen. Der Hochlaufregler 37, der beispielsweise als Integrator mit einem nachgeschalteten
Begrenzungsglied ausgebildet sein kann, führt den Sollwert für den Drehzahlregler 30 nach einer fest
vorgegebenen Rampenfunktion bis zur synchronen Drehzahl n s , bei der die Umfangsgeschwindigkeit
der neuen Rolle mit der Bahngeschwindigkeit übereinstimmt. Die Steigung der Rampenfunktion wird
so gewählt, daß die elektrische Maschine 5 in dieser Hochlaufphase annähernd mit konstantem
Ankerstrom betrieben wird. Zur Bildung einer der synchronen Drehzahl n s entsprechenden
Tachospannung ist ein Tachogenerator 21 vorgesehen, der über ein Reibrad 22 von der ablaufenden
Bahn B angetrieben wird. Die Tachospannung des Tachogenerators 21 ist somit ein Maß für die
Bahngeschwindigkeit. Die erforderlöiche synchrone Drehzahl n s steht hierzu in einem festen Verhältnis,
da die Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle der Geschwindigkeit des Gurtbandes des
Gurtantriebes 4 entspricht, die wiederum über die Drehzahl der elektrischen Maschine 5 und das
Übersetzungsverhältnis des Gurtantriebes bekannt ist.
Die Ausgangsspannung des Hochlaufgebers 37 wird mit der Tachospannung des Tachogenerators 7
in einem Vergleicher 29 verglichen. Die Regeldifferenz steuert den Drehzahlregler 30 aus. Die
Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 30 wird über den Umschalter 26 als Sollwert für den
unterlagerten Stromregler 32 verwendet. Die neue Rolle wird somit über die Drehzahlregelung mit
dem Drehzahlregler 30 und dem unterlagerten Stromregler 32 bis auf die synchrone Drehzahl n s
beschleunigt, wobei der Hochlaufgeber 37 für einen gleichmäßigen Hochlauf mit weitgehend
konstanten Ankerstrom und damit auch weitgehend konstantem Antriebsmoment sorgt.
Wenn die Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle 1 mit der Bahngeschwindigkeit der
ablaufenden Bahn B übereinstimmt, erfolgt der Klebevorgang durch Andrücken der ablaufenden Bahn
B an die mit einer Klebefahne 15 versehene neue Rolle 1 durch eine Bürstenwalze 40. Hinter der
Klebestelle wird die von der alten Rolle ablaufende Bahn von einem Schlagmesser 41
durchgeschnitten. Unmittelbar nach dem Klebevorgang übernimmt wiederum der Gurtantrieb 4 die
Drehzahlregelung der neuen Rolle. Hierzu ist im allgemeinen zunächst ein Abbremsen der neuen Rolle
erforderlich. Der Gurtantrieb mit der elektrischen Maschine 5 und dem Stromrichter in kreisstromfreier
4-Quadrantenantrieb ausgeführt, vorzugsweise mit einem Stromrichter in kreisstromfreier
Gegenparallelschaltung. Der Übergang der Steuerung des Gurtantriebes von der Beschleunigung der
neuen Rolle auf die Synchrondrehzahl n s , bei der die Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle 1 mit
der Bahngeschwindigkeit der ablaufenden Rolle B übernimmt, auf die Drehzahlregelung im Hinblick
auf eine gleichbleibende Bahnspannung, erfolgt dadurch, daß die Schaltkontakte der Schalteinrichtungen
wiederum in die Lage umgesteuert werden, die in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Restrolle 2 c wird
nun von der Achse des Rollenträgers abgezogen und es wird auf diese Achse eine neue Rolle
eingeschoben.
Der Hochlauf der neuen Rolle 1 wird dazu benutzt, um die zur Lösung der Gl. (6.2) erforderlichen
Werte zu ermitteln. Zunächst wird die Ermittlung des Radius anhand von Fig. 4 beschrieben:
Fig. 4 zeigt schematisch die meßtechnische Ermittlung des Radius der neuen Rolle 1 und des Radius
der ablaufenden Rolle 2. Die Position des Rollenträgers entspricht der Fig. 3. Es sind lediglich
diejenigen Elemente dargestellt, die zur Erfassung der Radien erforderlich sind. Auf einer auf der
Achse der Rolle 2 befestigten Scheibe ist eine Markierung 51 angebracht, die von einer Sonde 52
erkannt wird. Die Sonde 52 erzeugt bei jeder Umdrehung der Rolle 2 einen Impuls beim Vorbeilauf der
Markierung 51.
Die Bahn B treibt über ein Reibrad 53 einen digitalen Impulsgeber 54 an, dessen Impulsscheibe eine
größere Anzahl von Markierungen trägt, die von einer weiteren Sonde 55 abgetastet werden. Die
Sonde 55 erzeugt somit bei einer bestimmten Bahnlänge eine vorgegebene Anzahl von Impulsen. Die
Impulse der Sonde 55 werden von einer Zähleinrichtung 60 gezählt. Die Zähleinrichtung wird durch
einen ersten Impuls der Sonde 52 freigegeben und zählt die Impulse der Sonde 55 so lange, bis ein
zweiter Impuls der Sonde 52 eintrifft. Die Anzahl der Impulse der Sonde 55 zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Impulsen der Sonde 52 ist ein Maß für die bei einer Umdrehung der Rolle 2
abgezogenen Bahnlänge und damit auch ein Maß für den Radius R w der Rolle 2.
Auf einer auf der Achse der neuen Rolle 1 befestigten Scheibe ist eine weitere Markierung 56
angebracht, die von einer weiteren Sonde 57 erkannt wird. Unter der Voraussetzung, daß die
Bahngeschwindigkeit der ablaufenden Bahn B mit der Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle
übereinstimmt, kann einer weiteren Zähleinrichtung 61 der Radius R W0 der neuen Rolle 1 dadurch
gezählt werden. Die Bestimmung des Radius R W0 erfolgt somit dadurch, daß bei Erreichen des
Synchronlaufes am Ende des Hochfahrens der neuen Rolle 1 ein Schalter 58 durch einen
entsprechenden Befehl geschlossen wird. Die Zähleinrichtung 61 zählt nunmehr die Impulse der
Sonde 55 während einer Umdrehung der neuen Rolle 1. Die Anzahl der Impulse der Sonde 55 ist
unmittelbar ein Maß für den Radius R W0 der neuen Rolle 1.
In Gl. (6.2 g) wird weiterhin der Radius r der Antriebsrollen des Gurtantriebes benötigt. Dieser Radius
ist bekannt und kann fest vorgegeben werden.
Weiterhin wird die Synchrondrehzahl n s benötigt, bei der die Geschwindigkeit der ablaufenden
Bahn B übereinstimmt mit der Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle 1. Die Synchrondrehzahl n s
kann aus der vom Tachogenerator 7 erfaßten Drehzahl der elektrischen Maschine 5 unter
Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses r/R W0 oder unmittelbar aus der Tachospannung des
Tachogenerators 20 ermittelt werden.
Weiterhin wird die Zeit t s erfaßt, die der Antrieb benötigt, um die neue Rolle mit einem fest
vorgegebenen Moment aus dem Stillstand auf die Synchrondrehzahl n s hochzufahren.
Zur Festlegung des vorgegebenen Antriebsmoments kann die elektrische Maschine 5 grundsätzlich
auf konstantes Moment geregelt werden. Für den vorliegenden Fall ist es jedoch ausreichend, wenn
das Moment der Maschine 5 als unmittelbar proportional zum Ankerstrom angesehen wird. Es ist dann
eine Regelung auf konstanten Ankerstrom ohne weiteres dadurch möglich, daß der Hochlaufgeber 37
entsprechend ausgelegt wird.
Das Trägheitsmoment J M der elektrischen Maschine 5 ist bekannt und kann als konstant
angenommen werden. Es kann bei der Inbetriebnahme ermittelt werden.
Die Ermittlung des Anfangswertes J W0 des Trägheitsmoments der neuen Rolle 1 wird somit wie folgt
vorgenommen:
Der Gurtantrieb 4 wird auf die neue Rolle 1 abgesenkt. Die elektrische Maschine 5 wird eingeschaltet
und mit konstantem Strom, vorzugsweise Nennstrom, bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl n s
hochgefahren. Sobald die Synchrondrehzahl n s erreicht ist, wird diese bestimmt und die benötigte Zeit
t s gemessen. Jetzt wird auch der Radius R W0 der neuen Rolle 1 bestimmt. Bekannt ist weiterhin der
vorgegebene Wert des Ankerstromes I a , das Trägheitsmoment J M der Maschine 5 und der Radius r der
Antriebsrollen des Gurtantriebes 4. Hieraus läßt sich nach Gl. (6.2 g) unmittelbar der Anfangswert J W0
des Trägheitsmoments der Rolle 1 unter einem Gurtantrieb 4 berechnen.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 80 zur Ermittlung des
Anfangswertes J W0 der Rolle unter einem Gurtantrieb 4. Die Schaltungsanordnung 80 enthält einen
Integrator 81, der zu Beginn des Hochlaufs der neuen Rolle über einen Schalter 82 an ein Potentiometer
83 angeschlossen wird. Der von einer Kommandostufe 92 betätigte Schalter 82 wird wieder geöffnet,
wenn die Rolle die synchrone Drehzahl erreicht hat. Dies läßt sich aus einer Überwachung der
Regeldifferenz ermitteln, die den Drehzahlregler 30 aussteuert. Der Integrator 81 integriert somit eine
konstante Eingangsspannung so lange, bis die synchrone Drehzahl erreicht wird.
Die Ausgangsspannung
des Integrators 81 ist somit ein Maß für die Hochlaufzeit t s .
Dem Integrator 81 ist ein Divisionsglied 84 nachgeschaltet, dessen Dividendeneingang mit dem
Ausgang des Integrators 81 und dessen Divisoreingang mit dem Tachogenerator 7 verbunden ist. Der
Ausgang des Divisionsgliedes 84 ist mit dem einen Eingang eines Multipliziergliedes 85 verbunden,
dessen zweiter Eingang mit einer den Ankerstrom I a der elektrischen Maschine 5 abbildenden
Spannung verbunden ist. Der Ankerstrom ist ein Maß für das Antriebsmoment der Maschine 5. Zur
Berücksichtigung der Proportionalitätsfaktoren wird die Meßspannung für den Ankerstrom über ein
Potentiometer 86 geführt. Die Ausgangsspannung des Multipliziergliedes 85 wird in einem
Vergleichsglied 87 mit einer Spannung verglichen, die auf einen dem Trägheitsmoment J M der
Maschine 5 entsprechenden Wert eingestellt ist, beispielsweise an einem weiteren Potentiometer 88.
Die Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes 87 wird dem einen Eingang eines Multipliziergliedes 89
zugeführt, dessen anderer Eingang mit einer Spannung beaufschlagt ist, die dem Wert (R W0/r)²
entspricht. Diese Spannung kann beispielsweise an einem Potentiometer 90 abgegriffen werden, das
an einer von der Zähleinrichtung 61 bestimmten Spannung liegt bzw. dessen Abgriff von der
Zähleinrichtung 61 verändert werden kann. Die Ausgangsspannung des Multipliziergliedes 89 ist ein
Maß für den gesuchten Anfangswert J W0 des Trägheitsmoments einer Rolle unter einem Gurtantrieb.
Sie wird über einen Schalter 91 dem Rechner 50 zugeführt. Der Schalter 91 wird von der
Kommandostufe 92 geschlossen, sobald die synchrone Drehzahl erreicht ist, und unmittelbar nach der
Übernahme des Anfangswertes J W0 des Trägheitsmoments der Rolle wieder geöffnet.
Zunächst wird der Anfangswert T S0 der Zeitkonstante der Regelstrecke benötigt. Unter der
getroffenen Voraussetzung eines linearen Hochlaufs ergibt sich T S0 nach Gl. (7):
Hieraus folgt der Anfangswert V R0 der optimierten Reglerverstärkung nach Gl. (2.3) aus der Beziehung
(2.2) zu:
V R0 = k a · T S0. (2.3)
Die sich mit abnehmendem Radius R W laufend verändernde Zeitkonstante T S der Strecke läßt sich
über die Beziehung (8) ermitteln:
Für das momentane Trägheitsmoment J gilt als Gl. (6.3 g) die in allgemeiner Form dargestellte
Gl. (6 g):
Löst man die Beziehung (8) nach T S auf und setzt Gl. (6.3 g) ein, so erhält man Gl. (8.1 g) für eine Rolle
mit Gurtantrieb:
Da für das momentane Trägheitsmoment J W der Rolle die Beziehung (9) gilt:
nimmt die Gl. (8.1 g) die Form (8.2 g) an:
Die Gleichung (8.2 g) ist die gesuchte Funktion (4) für eine ablaufende Rolle mit Gurtantrieb.
Führt man einen wickelspezifischen Summanden
und einen bei einem Gurtantrieb spezifischen Faktor k g
ein, so nimmt die Gl. (8.2 g) die Form (8.3 g) an:
T S = A + k g · R² W . (8.3 g)
Für die optimierte Reglerverstärkung V Rg eines Drehzahlreglers für eine Rolle mit Gurtantrieb gilt
dann Gl. (2.4 g):
V Rg = k a (A + k g · R² W ). (2.4 g)
Die Gl. (2.4 g) wird von der Recheneinrichtung 50 laufend berechnet und dem Drehzahlregler 13 wird
die optimierte Reglerverstärkung vorgegeben.
Bezüglich der Nachstellzeit T₁ eines PI-Reglers gilt für eine gute Ausregelung von Störgrößen bei 20%
Überschwingung die Optimierungsbedingung (12):
T₁ = 2,3 · T u . (12)
Da - wie bereits erwähnt - die Verzugszeit T u der Regelstrecke als konstant angesehen werden kann,
kann für ein derartiges Regelverhalten die Nachstellzeit T I des Drehzahlreglers fest eingestellt werden.
Wird dagegen ein gutes Führungsverhalten eines PI-Reglers gefordert, so gilt bei einer zulässigen
20% Überschwingung bei kleinster Schwingungsdauer die Optimierungsbedingung (13):
T I=T s. (13)
Falls ein derartiges Regelverhalten gewünscht wird, kann somit die optimierte Nachstellzeit T I des
Drehzahlreglers 13 aus der Gl. (12) fortlaufend ermittelt werden.
Fig. 6 zeigt einen zweiarmigen Rollenträger 3 mit Direktantrieb in der Klebeposition vergleichbar mit
der Darstellung der Fig. 3. Die ablaufende Rolle 2 c wird unmittelbar von einer elektrischen Maschine 63
angetrieben bzw. abgebremst. Die Drehzahl der Maschine 63 und damit die Drehzahl der ablaufenden
Rolle 2 c wird von einem Tachogenerator 64 erfaßt. Die Maschine 63 wird von einem Stromrichter 65
gespeist, der als Vierquadrantensteller ausgebildet ist. Die Regelung der Drehzahl der Maschine 63
wird von einem Drehzahlregler 69 durchgeführt, dem ein Stromregler 67 unterlagert ist. Zur Erzielung
einer gleichbleibenden Bahnspannung ist wiederum eine Lageregelung mit einer Tänzerwalze 9 zur
Gewinnung eines Lageistwertes, einer Einstellvorrichtung 11 zur Einstellung eines Lagesollwertes, ein
Vergleicher 10 zur Bildung der Lagedifferenz aus Lagesollwert und Lageistwert und ein Lageregler 8
vorgesehen. Die Ausgangsspannung des Lagereglers 8 bildet den Sollwert für den Drehzahlregler 69,
dessen Istwert vom Tachogenerator 64 geliefert wird. Die Reglerverstärkung und die Nachstellzeit des
Drehzahlreglers 69 werden von einer Recheneinrichtung 70 eingestellt, die später erläutert wird. Das
Ausgangssignal des Drehzahlreglers 69 ist der Sollwert für den unterlagerten Stromregler 67, der in
einem Vergleicher 68 mit dem Stromistwert verglichen wird. Die Ausgangsspannung des
unterlagerten Stromreglers 67 steuert den Zündwinkel der Zündimpulse eines Steuersatzes 66.
Der neuen Rolle 1 ist ein gleichartig aufgebauter Direktantrieb zugeordnet. Sein Aufbau wird
zusammen mit seiner Funktion bei der Beschleunigung der neuen Rolle 1 auf die synchrone Drehzahl n s
beschrieben. Die elektrische Maschine 71 zum Antrieb der neuen Rolle wird von einem Stromrichter 73
gespeist, der ebenfalls als Vierquadrantensteller ausgebildet ist. Dem Stromrichter 73 ist ein
Drehzahlregler 77 mit einem unterlagerten Stromregler 75 zugeordnet. Während des Beschleunigungsvorganges
der neuen Rolle 1 ist wiederum der Hochlaufgeber 37 wirksam, der den Sollwert für
den Drehzahlregler 77 nach einer vorgegebenen Rampenfunktion bis zum Erreichen der synchronen
Drehzahl hochfährt. Das Ausgangssignal des Hochlaufgebers 37 wird mit dem von einem
Tachogenerator 72 abgegriffenen Drehzahl-Istwert in einem Vergleicher 78 verglichen. Die
Drehzahldifferenz steuert den Drehzahlregler 77 aus. Die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 77
bildet den Sollwert für den unterlagerten Stromregler 75 und wird mit dem Stromistwert in einem
Vergleicher 76 verglichen.
Die Regeldifferenz steuert den Stromregler 75 aus. Die Ausgangsspannung des Stromreglers 75 ist
die Steuerspannung für den Steuersatz 74 zur Erzeugung der Zündimpulse für den Stromrichter 73.
Ein Rollenwechsel wird bei einem derartigen Rollenträger mit Direktantrieb in analoger Weise
durchgeführt wie bei einem Rollenträger mit Gurtantrieb. Da jedoch beide Rollen 1, 2 mit einem
Direktantrieb 71, 63 ausgerüstet sind, sind keine Induktionsbremsen erforderlich und der Ablauf eines
Rollenwechsels gestaltet sich etwas einfacher. Zunächst läuft in der normalen Abrollposition analog zu
Fig. 1 die Bahn von der alten Rolle ab. Die Bahnspannung wird dabei über den Direktantrieb 63 nach
Maßgabe des Lagereglers 8, des Drehzahlreglers 69 und des unterlagerten Stromreglers 67 geregelt.
Die Regelparameter des Drehzahlreglers 69 werden von Recheneinrichtung 70 fortlaufend ermittelt.
Unmittelbar vor dem Klebevorgang schwenkt der Rollenträger in die in Fig. 6 dargestellte
Klebeposition. Die Beeinflussung der ablaufenden Rolle 2 c durch den Direktantrieb 63 bleibt weiterhin
im Eingriff. Gleichzeitig wird die neue Rolle 1 auf die synchrone Drehzahl in der beschriebenen Weise
beschleunigt. Dabei werden diejenigen Daten ermittelt, die zur Berechnung des Anfangswertes des
Trägheitmoments der neuen Rolle 1 und des Anfangswertes ihres Radius erforderlich sind.
Unmittelbar vor dem Klebekommando wird die Vorgabe von optimierten Reglerparametern durch die
Recheneinrichtung 70 an den Drehzahlregler 69 beendet. Die Recheneinrichtung 70 übernimmt die
beim Hochlauf der neuen Rolle ermittelten Daten und berechnet über den Anfangswert des
Trägheitsmoments der neuen Rolle 1 und den Anfangswert von deren Radius die optimierten
Reglerparameter für die sich an den Klebevorgang anschließende Drehzahlregelung der neuen Rolle
1. Mit dem Klebekommando wird der Hochlaufgeber 37 abgeschaltet und statt dessen wird das
Ausgangssignal des Lagereglers 8 auf den Vergleicher 78 des Drehzahlreglers 77 geschaltet.
Gleichzeitig werden dem Drehzahlregler 77 die Anfangswerte der optimierten Reglerparameter durch
die Recheneinrichtung 70 eingegeben. Die Recheneinrichtung 70 ermittelt daran anschließend
fortlaufend die optimierten Reglerparameter aus der Abnahme des Radius der Rolle. Der Direktantrieb
63 wird abgeschaltet, die Restrolle entfernt und eine neue Rolle eingeschoben. Der Direktantrieb 63 ist
bis zum nächsten Klebevorgang stillgesetzt.
Für die erforderlichen Berechnungen gelten die Gl. (1) bis (3) für die Regleroptimierung in gleicher
Weise:
V K = V R · V S , (2)
V R = k a · T S . (2.2)
Für die Hochlaufzeit t s bei einem weitgehend linearen Hochlauf gilt ebenfalls die Gl. (5):
die wiederum zu Gl. (5.1) umgeformt werden kann:
Für eine von einem Direktantrieb (Index d) angetriebenen Rolle gilt jedoch anstelle von Gl. (6 g) die
Gl. (14 d):
J₀ = J M + J W 0 . (14d)
Für den Anfangswert J W 0 des Trägheitsmoments der Rolle kann die Gl. (5.1) in die Gl. (14d) eingesetzt
werden. Man erhält dann Gl. (14.1 d):
Der Anfangswert des Trägheitsmoments der Rolle läßt sich somit nach Gl. (14.1 d) berechnen, wenn
man die synchrone Drehzahl n s, die Hochlaufzeit t s bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl, das
Antriebsmoment M k des Direktantriebes bzw. den hierzu proportionalen Ankerstrom sowie das
Trägheitsmoment J M des Direktantriebes kennt. Diese Größen werden in der gleichen Weise ermittelt
wie bereits beschrieben.
Für den Anfangswert T S 0 der Zeitkonstante der Regelstrecke gilt wiederum die Gl. (7)
Hieraus folgt der Anfangswert V R 0 der optimierten Reglerverstärkung nach Gl. (2.3):
V R 0 = k a · T S 0 . (2.3)
Für den Momentanwert der Zeitkonstante T S der Regelstrecke gilt wiederum Gl. (8):
Für den Momentanwert J des gesamten auf den Antrieb bezogenen Trägheitsmoments gilt bei einem
Direktantrieb die Gl. (14 d) in der allgemeinen Form (14.2 d):
J = J M + J W . (14.2 d)
Löst man die Beziehung (8) wiederum nach T S auf und setzt Gl. (14.2 d) ein, so erhält man die Gl. (15 d)
Mit Gl. (9)
nimmt Gl. (15 d) die Form (15.1 d) an:
Führt man wiederum den wickelspezifischen Summanden A nach Gl. (10)
und einen für einen Direktantrieb spezifischen Faktor k d nach Gl. (16 d) ein:
so nimmt die Gl. (15.1) die Form (15.2) an:
T Sd = A + k d · R 4 W . (15.2 d)
Für die optimierte Reglerverstärkung V Rd eines Drehzahlreglers bei einer Rolle mit Direktantrieb gilt
dann Gl. (2.5 d)
V Rd = k a (A + k d · R 4 W ). (2.5 d)
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 100 zur Ermittlung des
Anfangswertes J W 0 der Rolle bei einem Direktantrieb. Die Schaltungsanordnung 100 enthält einen
Integrator 96, der zu Beginn des Hochlaufs der neuen Rolle 1 über einen Schalter 94 an ein
Potentiometer 93 angeschlossen wird. Der von einer Kommandostufe 103 betätigte Schalter 94 wird
wieder geöffnet, wenn die Rolle 1 die synchrone Drehzahl n s erreicht hat. Der Integrator 96 integriert
somit eine konstante Eingangsspannung so lange, bis die synchrone Drehzahl erreicht wird. Die
Ausgangsspannung des Integrators 96 ist ein Maß für die Hochlaufzeit t s .
Dem Integrator 96 ist ein Divisionsglied 97 nachgeschaltet, dessen Dividendeneingang mit dem
Ausgang des Integrators 96 und dessen Divisoreingang mit dem Tachogenerator 72 verbunden ist, der
in der Darstellung der Fig. 6 dem Direktantrieb 71 für die neue Rolle 1 zugeordnet ist. Beim nächsten
Rollenwechsel wird der Divisoreingang des Divisionsgliedes 97 mit dem anderen Tachogenerator 64
verbunden. Der Ausgang des Divisionsgliedes 97 ist mit dem einen Eingang eines Multipliziergliedes
98 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Strommeßwandler 79 zur Erfassung des Ankerstromes
des Direktantriebs 71 der neuen Rolle 1 verbunden ist. Beim nächsten Rollenwechsel wird dieser
Eingang des Multipliziergliedes 98 mit dem Strommeßwandler 104 des anderen Direktantriebes
verbunden. Der Ankerstrom der jeweils die neue Rolle 1 beschleunigenden Maschine ist wiederum ein
Maß für das Antriebsmoment. Zur Berücksichtigung der Proportionalitätsfaktoren wird die
Meßspannung für den Ankerstrom über ein Potentiometer 105 geführt. Die Ausgangsspannung des
Multipliziergliedes 98 wird in einem Vergleichsglied 99 mit einer Spannung verglichen, die auf einen
dem Trägheitsmoment J M des Direktantriebes entsprechenden Wert eingestellt ist, beispielsweise an
einem weiteren Potentiometer 102. Die Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes 99 ist ein Maß für
den gewünschten Anfangswert J W 0 des Trägheitsmoments der Rolle bei einem Direktantrieb. Sie wird
über einen Schalter 101 dem Rechner 70 zugeführt. Der Schalter 101 wird von der Kommandostufe 103
geschlossen, sobald die synchrone Drehzahl erreicht ist und unmittelbar nach der Übernahme des
Anfangswertes des Trägheitsmoments in den Rechner 70 wieder geöffnet.
Fig. 8 zeigt das Zusammenwirken eines Drehzahlreglers mit einstellbarer Reglerverstärkung mit
einem Rechner und mit den Schaltungsanordnungen zur Ermittlung des Anfangswertes des
Trägheitsmoments der Rolle, des Anfangswertes des Rollenradius und des aktuellen Rollenradius. Die
Bezugszeichen beziehen sich auf die Anwendung bei einem Rollenträger mit Gurtantrieb gemäß den
Fig. 1 bis 5. In Klammern sind jeweils die Bezugszeichen für die Anwendung bei einem Rollenträger mit
Direktantrieb gemäß den Fig. 6, 7 angegeben. Der Drehzahlregler 13 enthält einen Operationsverstärker,
dessen Rückführung mit der Serienschaltung eines Kondensators und eines ohmschen
Widerstandes beschaltet ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers wird über einen
Eingangswiderstand und ein Multiplizierglied 106 mit der Regeldifferenz beaufschlagt. Die
Nachstellzeit des Reglers, die als Produkt aus dem Widerstand des Eingangswiderstandes im
invertierenden Eingang und der Kapazität des Kondensators in der Rückführung definiert ist, bleibt
konstant, da sich voraussetzungsgemäß die Zeitkonstante der Strecke nicht ändert. Die
Reglerverstärkung ist der Quotient aus dem Widerstandswert des Widerstandes in der Rückführung
und des Eingangswiderstandes. Diese durch die Reglerbeschaltung vorgegebene Verstärkung ist
veränderbar um einen Faktor V, der dem Multiplizierglied 106 an dessen zweiten Eingang zugeführt
wird.
Der Faktor V wird als entsprechende Spannung vom Rechner 50 geliefert. Der Rechner 50 berechnet
fortlaufend die Gl. (2.4 g) zur Ermittlung der optimierten Reglerverstärkung. Der Rechner 50 benötigt
hierzu den Anfangswert J W 0 des Trägheitsmoments der Rolle 1, der ihm von der Schaltungsanordnung
80 nach Fig. 5 am Ende des Beschleunigungsvorganges der neuen Rolle 1 eingegeben wird. Der
Rechner 50 benötigt weiterhin den Anfangswert R W 0 und den laufenden Wert R W des Radius. Diese
Werte werden ihm in der zu Fig. 4 beschriebenen Weise zugeführt.
Bei einem Rollenträger mit Direktantrieb wird die optimierte Reglerverstärkung laufend von einem
Rechner 70 nach Gl. (2.5 d) ermittelt. Der hierzu benötigte Anfangswert J W 0 des Trägheitsmoments der
Rolle 1 wird von der Schaltungsanordnung 100 gemäß Fig. 7 am Ende der Beschleunigung der neuen
Rolle 1 eingegeben. Der momentane Radius R W wird in bekannter Weise ermittelt, beispielsweise wie
in Fig. 4 dargestellt ist. Der Anfangswert des Radius wird in diesem Falle nicht benötigt.
Außer der in Fig. 8 dargestellten Möglichkeit zur Veränderung der effektiven Reglerverstärkung sind
auch andere aus der Regelungstechnik bekannte Wege möglich.
Für den Fall, daß auch die Nachstellzeit des Reglers optimiert werden soll, kann ein Kondensator mit
veränderbarer Kapazität in die Rückführung des Drehzahlreglers eingeschaltet werden. Beispielsweise
ist es möglich, einen motorisch angetriebenen Drehkondensator zu verwenden, der vom Rechner
gesteuert wird.
Claims (5)
1. Regelanordnung für einen Rollenträger (3), bei dem von einer drehbar gelagerten Rolle (1) eine
Bahn (B) mit vorgegebener Bahnspannung abgewickelt wird, wobei der Rolle eine elektromotorische
Antriebs- oder Bremseinrichtung (5, 17) mit einem Drehzahlregler (13; 69, 77) und einem Rechner (50;
70) zugeordnet ist, der optimierte Regelparameter für den Drehzahlregler (13; 69, 77) fortlaufend aus
den Streckenparametern ermittelt, nach Patent 27 32 644, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (50; 70) die optimierte
Reglerverstärkung und/oder die optimierte Nachstellzeit des Drehzahlreglers (13; 69, 77) aus einem
während des Hochlaufes der neuen Rolle (1) bestimmten Anfangswert (J W 0) ihres Trägheitsmomentes
(J W) und dem momentanen Radius dieser Rolle (1) beim Abwickeln ermittelt.
2. Regelanordnung nach Anspruch 1 für einen Rollenträger (3) mit einem Gurtantrieb (4), dem eine
elektrische Maschine (5) zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (80), die
den Anfangswert (J W 0) des Trägheitsmoments (J W) der Rolle (1) aus Meßwerten für die synchrone
Drehzahl (n s) für die Zeit (t s) bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl, für das Antriebsmoment der
elektrischen Maschine (5) und für den Anfangswert (R W 0) des Radius (R W ) der Rolle (1) sowie aus
vorgegebenen Werten für das Trägheitsmoment (J m) der elektrischen Maschine (5) und dem Radius (r)
der Antriebsrollen des Gurtantriebes (4) ermittelt.
3. Regelanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (80) mit
folgenden Merkmalen:
- a) ein Integrator (81) zur Ermittlung einer der Hochlaufzeit (t s) proportionalen Spannung, der während der Beschleunigung der neuen Rolle (1) bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl (n s) an eine konstante Eingangsspannung (Potentiometer 83) angeschlossen wird,
- b) ein Divisionsglied (84), dessen Eingänge von der Ausgangsspannung des Integrators (81) und von der Tachospannung eines Tachogenerators (7) zur Erfassung der synchronen Drehzahl (n s) der neuen Rolle (1) beaufschlagt sind,
- c) ein Multiplizierglied (85), dessen Eingänge von der Ausgangsspannung des Divisionsgliedes (84) und von einer dem Antriebsmoment der elektrischen Maschine (5) proportionalen Spannung (Ankerstrom l a) beaufschlagt sind,
- d) ein Vergleichsglied (87), das die Differenz der Ausgangsspannung des Multipliziergliedes (85) und einer dem Trägheitsmoment (J M) der elektrischen Maschine (5) proportionalen Spannung bildet,
- e) ein weiterer Multiplizierer (89) zur Bildung einer dem Anfangswert (J W 0) des Trägheitsmoments der Rolle (1) proportionalen Spannung, dessen Eingänge mit der Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes (87) und mit einer Spannung beaufschlagt sind, die dem quadrierten Wert des Verhältnisses des Radius (r) der Antriebsrollen des Gurtantriebs (4) und dem Anfangswert (R W 0) des Rollenradius (R W) entspricht.
4. Regelanordnung nach Anspruch 1 für einen Rollenträger mit einem elektrischen Direktantrieb (63,
71), gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (100), die den Anfangswert (J W 0) des
Trägheitsmoments (J w) der Rolle (1) aus Meßwerten für die synchrone Drehzahl (n s) für die Zeit (t s) bis
zum Erreichen der synchronen Drehzahl (n s), für das Antriebsmoment des Direktantriebes (63, 71)
sowie aus einem vorgegebenen Wert für das Trägheitsmoment (J M) des Direktantriebes (63, 71)
ermittelt.
5. Regelanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (100) mit
folgenden Merkmalen:
- a) ein Integrator (96) zur Bildung einer der Hochlaufzeit (t s) proportionalen Spannung, der während der Beschleunigung der neuen Rolle (1) bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl (n s) an eine konstante Eingangsspannung (Potentiometer 93) angeschlossen wird,
- b) ein Divisionsglied (97), dessen Eingänge von der Ausgangsspannung des Integrators (96) und von der Tachospannung eines Tachogenerators (72 bzw. 64) zur Erfassung der synchronen Drehzahl (n s) der neuen Rolle (1) beaufschlagt sind,
- c) ein Multiplizierglied (98), dessen Eingänge mit der Ausgangsspannung des Divisionsgliedes (97) und mit einer dem Antriebsmoment des elektrischen Direktantriebes (63, 71) proportionalen Spannung (Ankerstrom l a) beaufschlagt sind,
- d) ein Vergleichsglied (99) zur Bildung einer dem Anfangswert (J W 0) des Trägheitsmoments (J W) der Rolle (1) proportionalen Spannung aus der Differenz der Ausgangsspannung des Multipliziergliedes (98) und einer dem Trägheitsmoment (J M) des Direktantriebes (63, 71) proportionalen Spannung.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19792917868 DE2917868A1 (de) | 1977-07-19 | 1979-05-03 | Regelanordnung fuer einen rollentraeger |
US06/139,752 US4278213A (en) | 1979-05-03 | 1980-04-14 | Control arrangement for a roll carrier |
EP80102079A EP0018555B1 (de) | 1979-05-03 | 1980-04-17 | Regelanordnung für einen Rollenträger |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19772732644 DE2732644C2 (de) | 1977-07-19 | 1977-07-19 | Regelanordnung für einen Rollenträger |
DE19792917868 DE2917868A1 (de) | 1977-07-19 | 1979-05-03 | Regelanordnung fuer einen rollentraeger |
Publications (2)
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DE2917868A1 DE2917868A1 (de) | 1980-11-13 |
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Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4312534A1 (de) * | 1993-04-16 | 1995-01-05 | Bhs Corr Masch & Anlagenbau | Vorrichtung zur Regelung der Bahnspannungsregelung einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn |
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DE2732644C2 (de) * | 1977-07-19 | 1982-07-01 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Regelanordnung für einen Rollenträger |
-
1979
- 1979-05-03 DE DE19792917868 patent/DE2917868A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4312534A1 (de) * | 1993-04-16 | 1995-01-05 | Bhs Corr Masch & Anlagenbau | Vorrichtung zur Regelung der Bahnspannungsregelung einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn |
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Publication number | Publication date |
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DE2917868A1 (de) | 1980-11-13 |
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