DE4129539A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der drehzahl eines elektromotors - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur regelung der drehzahl eines elektromotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Regelung der Drehzahl eines Elektromotors mit einer Absenkfunktion.
Wenn zum Beispiel ein zu walzendes Material unter Verwendung
einer Anzahl von Motoren in einer Stahlwalzstraße gewalzt wird,
ist es erforderlich, eine hohe Übereinstimmung der Drehzahl
(Drehzahlabgleich) oder einen Lastausgleich zwischen den Motoren
herbeizuführen, um zu verhindern, daß sich die auf das zu walzende
Material ausgeübte Spannung ändert.
Es ist ein System bekannt, bei dem Drehzahlregelvorrichtungen
mit einer Absenkfunktion vorgesehen sind, so daß die Motoren
Proportionaleigenschaften aufweisen, um dadurch die Drehzahlübereinstimmung
unter den Motoren zu verbessern. Zur Erzielung
dieser Proportionaleigenschaften wird eine Absenkvariable abgeleitet,
die zum Laststrom des Motors proportional ist, und von
einem Drehzahlsollwert abgezogen, wodurch die Motordrehzahl proportional
zum Laststrom des Motors verringert wird. Bei einer
Beschleunigung oder Abbremsung des Motors wird die Absenkvariable
jedoch nicht nur vom Laststrom bestimmt, sondern auch vom
Beschleunigungs- bzw. Bremsstrom. Im allgemeinen unterscheiden
sich aber die Beschleunigungs- und Bremsströme der einzelnen
Motoren aufgrund unterschiedlicher Trägheitsmomente und dergleichen
voneinander. Auch wenn die Abfalleigenschaften der
Motoren aufeinander abgestimmt sind, sind die Drehzahlabsenkvariablen
für die Motoren zum Zeitpunkt einer Beschleunigung
oder Abbremsung daher verschieden. Der Drehzahlabgleich der
Motoren ist dadurch gestört.
Bei einer bekannten Lösung dieses Problems wird der Motorstrom
in einen Laststrom und einen Beschleunigungs- oder Bremsstrom
aufgeteilt und die Absenkvariable (Drehzahlabsenkvariable) nur
vom Laststrom allein abgeleitet. Diese Lösung ist beispielsweise
in der JP-A-57-65 288 beschrieben. Die Aufteilung in den Laststrom
und den Beschleunigungs- oder Bremsstrom wird üblicherweise
durch Ableiten des Beschleunigungs- oder Bremsstromes aus
der am Motor anliegenden Spannung mittels einer Simulation und
Subtrahieren des berechneten Wertes für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom vom tatsächlichen Wert des Motorstroms durchgeführt.
Durch Schwankungen in der am Motor anliegenden Spannung verursachte
Schwankungen im Motorstrom und dem Beschleunigungs- oder
Bremsstrom hängen von der elektrischen Zeitkonstante des Motors
ab, sie können extrem steil werden. Die in der vom Laststrom
abgeleiteten Absenkvariablen eingeschlossenen Schwankungen
können daher sehr groß werden. Sind die Schwankungen der Absenkvariablen
groß, ändert sich auch der der Absenkkompensation
unterworfene Drehzahlsollwert stark. Im Ergebnis wird schließlich
eine Schwankung in der am Motor anliegenden Spannung induziert.
Über die Absenkfunktion wird daher in Abhängigkeit von der
elektrischen Zeitkonstante des Motors (die typischerweise nicht
größer ist als einige zehn Millisekunden) die Stabilität der
Drehzahlregelung verschlechtert. Des weiteren wird die Abgleichung
des Drehzahlregelsystems äußerst schwierig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors zu
schaffen, mit dem bzw. mit der auch während des Beschleunigens
oder Abbremsens des Motors eine stabile Drehzahlregelung erreicht
werden kann.
Die Drehzahlregelung soll dabei eine Absenkfunktion beinhalten
und trotzdem stabil arbeiten.
Mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung soll dabei bei der Durchführung
der Drehzahlregelung die Regelreaktion eindeutig bestimmt
werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits dadurch gelöst,
daß eine Motordrehzahlregelvorrichtung mit einem Motor, der von
einem Umrichter angesteuert wird, mit einer Einheit zur Ableitung
einer Abweichung zwischen einem erfaßten Drehzahlwert für
den Motor und einem Drehzahlsollwert und zum Ableiten und Ausgeben
eines ersten Stromsollwertes auf der Basis eines durch
Kompensation der erwähnten Abweichung mittels einer Absenkvariablen
erhaltenen Wertes, mit einer Einheit, die in Reaktion auf
den Drehzahlsollwert einen Wert für den Beschleunigungs- oder
Bremsstrom zum Beschleunigen oder Abbremsen des Motors ableitet,
mit einer Einheit zum Addieren dieses ersten Stromsollwertes und
des Wertes für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom zur Bestimmung
eines zweiten Stromsollwertes und zum Steuern eines Ausgangsstromes
des Umrichters auf der Basis des zweiten Stromsollwertes
und mit einer Einheit vorgesehen ist, die auf den ersten
Stromsollwert anspricht, um die Absenkvariable abzuleiten und an
die erwähnte Einheit zur Ausgabe des ersten Stromsollwertes
abzugeben.
Andererseits wird diese Aufgabe erfindungsgemäß auch dadurch
gelöst, daß eine Motordrehzahlregelvorrichtung mit einem Motor,
der von einem Umrichter angesteuert wird, mit einer Berechnungseinheit
zum Berechnen einer Zeitverzögerung erster Ordnung an
einem Drehzahlsollwert und zur Ausgabe des Ergebnisses, mit
einer Einheit zum Ableiten einer Abweichung zwischen einem erfaßten
Drehzahlwert für den Motor und dem Drehzahlsollwert, der
der Zeitverzögerung erster Ordnung unterworfen wurde, und zum
Ableiten und Ausgeben eines ersten Strommsollwertes auf der Basis
dieser Abweichung, mit einer Einheit, die auf diesen Stromsollwert
anspricht, um einen Wert für den Beschleunigungs- oder
Bremsstrom zum Beschleunigen oder Abbremsen des Motors abzuleiten,
und mit einer Einheit zum Addieren des ersten Stromsollwertes
und des Wertes für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
vorgesehen ist, um einen zweiten Stromsollwert zu erhalten und
den Ausgangsstrom des Umrichters auf der Basis des zweiten
Stromsollwertes zu steuern.
Die vorliegende Erfindung umfaßt somit die Verfahrensschritte
des Ableitens eines Wertes für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
aus einem Drehzahlsollwert mittels einer Berechnung, des
Addierens des Wertes für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom zu
einem ersten Stromsollwert (einem Laststromsollwert), der von
einer Drehzahlsteuereinheit ausgegeben wird, um einen zweiten
Stromsollwert (einen Motorstromsollwert) zu erzeugen, des Ableitens
einer Absenkvariablen aus dem Laststromsollwert und des
Zuführens eines Wertes als Sollwert zu der Drehzahlsteuereinheit,
der durch Kompensation der Abweichung zwischen dem Drehzahlsollwert
und dem erfaßten Wert für die Motordrehzahl durch
die Absenkvariable erhalten wird.
Die Absenkvariable wird somit ohne Beziehung zu der elektrischen
Zeitkonstante des Motors abgeleitet, und die Berechnungszeitkonstante
zum Berechnen des Beschleunigungs- oder Bremsstromes kann
um vieles größer sein als die elektrische Zeitkonstante des
Motors. Auch wenn sich der Drehzahlsollwert stark ändert,
schwankt die Absenkvariable nicht, mit dem Ergebnis einer hohen
Stabilität der Drehzahlregelung, einem leichten Abgleich des
Drehzahlregelsystems und einer guten Drehzahlübereinstimmung
zwischen den Motoren.
Des weiteren umfaßt die vorliegende Erfindung die Verfahrensschritte
des Ableitens eines Wertes für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom aus einem Drehzahlsollwert mittels einer Berechnung,
des Addierens des Wertes für den Beschleunigungs- oder
Bremsstrom zu einem ersten Stromsollwert (einem Laststromsollwert),
der von einer Drehzahlsteuereinheit ausgegeben wird, um
einen zweiten Stromsollwert (einen Motorstromsollwert) zu erzeugen,
des Ausführens einer Berechnung einer Zeitverzögerung
erster Ordnung an dem Drehzahlsollwert und des Zuführens des
Ergebnisses zu der Drehzahlsteuereinheit, um dadurch die Zeitkonstante
der Drehzahlreaktion für die Zeitverzögerung erster
Ordnung durch eine Einheit zur Berechnung des Wertes für den
Beschleunigungs- oder Bremsstrom zu kompensieren.
Dadurch wird die Zeitkonstante der Zeitverzögerung erster Ordnung
für die Berechnung des Beschleunigungs- oder Bremsstromes
durch Ausführen der Kompensationsberechnung der Zeitverzögerung
erster Ordnung am Drehzahlsollwert gleich der Zeitkonstanten für
die Zeitverzögerung erster Ordnung. Der Lastmomentstromsollwert,
der von der Drehzahlsteuereinheit ausgegeben wird, wenn sich der
Drehzahlsollwert geändert hat, ändert sich daher nicht. Im
Ergebnis wird die Drehzahlreaktion bezüglich des Drehzahlsollwertes
durch die Berechnungseinheit für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom eindeutig vorgegeben.
Ausführungsbeispiele für das Verfahren und die Vorrichtung zum
Regeln der Drehzahl eines Motors werden im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer
Motordrehzahlregelvorrichtung;
Fig. 2 das Schaltbild einer Berechnungseinheit für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom in der Schaltung der Fig. 1;
Fig. 3A bis 3E Darstellungen des zeitlichen Verlaufes von Signalen,
die an verschiedenen Stellen der Schaltung der
Fig. 1 auftreten, zur Erläuterung der Arbeitsweise
davon;
Fig. 4 eine Blockdarstellung von Übertragungsfunktionen zur Erläuterung
der Arbeitsweise der Drehzahlregelvorrichtung;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der
Drehzahlregelvorrichtung;
Fig. 6 das Schaltbild eines Filters in der Schaltung der Fig. 5;
Fig. 7A bis 7E Darstellungen des zeitlichen Verlaufes von Signalen,
die an verschiedenen Stellen der Schaltung der
Fig. 5 auftreten, zur Erläuterung der Arbeitsweise
davon;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der
Drehzahlregelvorrichtung;
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform der
Drehzahlregelvorrichtung, die hier eine Vorrichtung zum
Bewirken einer Vektorsteuerung an einem Induktionsmotor
darstellt;
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform, bei der die
Drehzahlregelvorrichtung der Fig. 1 durch eine digitale
Steuerung ausgeführt ist; und die
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der
Vorrichtung der Fig. 10.
In der folgenden Beschreibung und der Zeichnung haben Komponenten
mit gleichen Funktionen im allgemeinen auch gleiche Bezugszeichen.
Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Drehzahlregelvorrichtung
für einen Gleichstrommotor.
Eine von einer Energieversorgungseinrichtung PS zugeführte
Wechselspannung wird von einem Umrichter 1 in eine andere
Wechselspannung umgewandelt, und die sich ergebende Wechselspannung
wird einem Gleichstrommotor 2 zugeführt. Der Gleichstrommotor
2 weist eine Feldwindung 2F auf. Der dem Gleichstrommotor
2 zugeführte Ankerstrom wird von einem Stromwandler (Stromdetektor)
12 erfaßt. Ein Kodierer 5 ist mechanisch direkt an den
Motor 2 gekoppelt. Eine Drehzahlberechnungseinheit 6 erfaßt auf
der Basis der von dem Kodierer 5 erzeugten Impulse die Motordrehzahl
ω. Zu einem Addierer 4A wird mit den dargestellten
Vorzeichen ein Drehzahlsollwert ω* und eine Absenkvariable Δωd
geführt. Die Abweichung zwischen einem Absenkdrehzahlsollwert
ωd* und der Motordrehzahl ω, die von der Drehzahlberechnungseinheit
6 erfaßt wird, wird durch einen Addierer 4B festgestellt
und einer Drehzahlsteuereinheit 7 eingegeben. Die Drehzahlsteuereinheit
7 gibt einen Lastmomentstromsollwert IL* entsprechend
der Abweichung zwischen dem Drehzahlsollwert d* und dem erfaßten
Drehzahlwert ω aus. Einer Absenkvariablenberechnungseinheit
9 wird der Lastmomentstromsollwert IL* zugeführt, sie berechnet
die Absenkvariable Δωd. Andererseits wird einer Berechnungseinheit
8 für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom der
Drehzahlsollwert ω* zugeführt, sie leitet mittels einer Berechnung
einen Wert Iad für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom ab.
Der Lastmomentstromsollwert IL* und der Wert Iad für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom werden in einem Addierer 4C mit
den gezeigten Vorzeichen addiert. Der Ausgang des Addierers 4C
wird zu einem Stromsollwert I*. Eine Abweichung zwischen dem
Stromsollwert I* und einem erfaßten Stromwert I, der vom Stromwandler
12 aufgenommen wird, wird in einem Addierer 4D festgestellt.
Einer Stromsteuereinheit 10 wird die vom Addierer 4D
abgeleitete Stromabweichung zugeführt, sie liefert zu einer
Steuerimpulserzeugungseinheit 11 auf der Basis der Stromabweichung
einen Zündsteuersollwert. In Reaktion auf den Zündsteuersollwert
gibt die Steuerimpulserzeugungseinheit 11 einen
Steuerimpuls an den Umrichter 1 zur Steuerung der an den Gleichstrommotor
2 angelegten Spannung ab. Der Aufbau der Fig. 1 weist
als Hauptschleife ein Drehzahlregelsystem mit einem Stromregelsystem
als Unterschleife auf.
Die Fig. 2 zeigt den konkreten Aufbau der Berechnungseinheit 8
für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom.
Die Berechnungseinheit 8 umfaßt eine Differenzierschaltung mit
einem in Reihe verbundenen Widerstand R1 und Kondensator C1,
einen Operationsverstärker OA1 und einen Rückkoppelwiderstand
R2.
Anhand der Fig. 3 wird nun die Arbeitsweise der beschriebenen
Vorrichtung erläutert.
Wenn der Drehzahlsollwert ωd* einen konstanten Wert annimmt und
der Absenkdrehzahlsollwert ωd* mit dem erfaßten Drehzahlwert ω
zusammenfällt, gibt die Drehzahlsteuereinheit 7 einen Lastmomentstromsollwert
IL* aus, der dem Lastmoment des Gleichstrommotors
2 entspricht. Gleichzeitig gibt die Absenkvariablenberechnungseinheit
9 eine Absenkvariable Δωd aus, die durch
Δωd = k · Z · IL* (1)
dargestellt wird, wobei
Z der Einstellwert der Absenkvariablen und
k = konstant ist.
Z der Einstellwert der Absenkvariablen und
k = konstant ist.
Wenn der Drehzahlsollwert ω* konstant ist, ist der Wert Iad für
den Beschleunigungs- oder Bremsstrom gleich Null, und der Lastmomentstromsollwert
IL* wird zum Stromsollwert I*, der durch den
Addierer 4D mit dem erfaßten Wert I für den Strom verglichen
wird. Die Stromsteuereinheit 10 liefert in Abhängigkeit von der
Abweichung zwischen dem Stromsollwert I* und dem erfaßten Stromwert
I einen Zündsteuersollwert an die Steuerimpulserzeugungseinheit
11. Auf der Basis des Zündsteuersollwertes gibt die
Steuerimpulserzeugungseinheit 11 einen Steuerimpuls an den
Umrichter 1, um die Ausgangsspannung des Umrichters 1 entsprechend
zu steuern. Als Ergebnis der Steuerung der Ausgangsspannung
des Umrichters 1 wird die Drehzahl des Gleichstrommotors
2 so gesteuert, daß sie zu dem Absenkdrehzahlsollwert
ωd* proportional ist.
Es wird nun angenommen, daß der Drehzahlsollwert ω* rampenförmig
ansteigt, wie es in der Fig. 3A gezeigt ist, wenn die Drehzahl
des Gleichstrommotors 2 so gesteuert wird, daß sie zum Absenkdrehzahlsollwert
ωd* proportional ist. Die Berechnungseinheit 8
leitet nun den Wert Iad für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
wie folgt ab:
Zuerst wird der Strom berechnet, der erforderlich ist, damit die
Motordrehzahl ω auf den Drehzahlsollwert ω* mit einer Zeitkonstanten
T1 für eine Zeitverzögerung erster Ordnung reagieren
kann.
Die Fig. 4 ist eine Blockdarstellung der Übertragungsfunktionen,
die bei der Ausführung der Fig. 1 zum Ableiten der Beziehung
zwischen dem Strom und der Drehzahl erforderlich sind. Der Kürze
halber wurden jedoch die Übertragungsfunktionen für die elektrischen
Systeme des Umrichters 1, der Steuerimpulserzeugungseinheit
11 und des Gleichstrommotors 2 weggelassen.
Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, ergibt sich die Beziehung
zwischen dem Motorstrom I und der Motordrehzahl ω zu
wobei
ω die Motordrehzahl,
I der Motorstrom,
ζΦ der Drehmomentkoeffizient,
J das Trägheitsmoment und
S der Laplaceoperator ist.
ω die Motordrehzahl,
I der Motorstrom,
ζΦ der Drehmomentkoeffizient,
J das Trägheitsmoment und
S der Laplaceoperator ist.
Die Beziehung zwischen dem Strom I und dem Stromsollwert I* kann
dargestellt werden als
wobei
I* der Motorstromsollwert,
Fc die Stromerfassungsverstärkung und
Tc die Reaktionszeitkonstante der Stromsteuereinheit 10 ist.
I* der Motorstromsollwert,
Fc die Stromerfassungsverstärkung und
Tc die Reaktionszeitkonstante der Stromsteuereinheit 10 ist.
Die Reaktionszeitkonstante Tc der Stromsteuereinheit 10 ist
wesentlich kleiner als die Reaktionszeitkonstante der Drehzahlsteuereinheit
7. Durch Vernachlässigung der Reaktionszeitkonstanten
Tc der Stromsteuereinheit 10 läßt sich die Gleichung (3)
umschreiben in
Die Beziehungsgleichung, die zur Reaktion der Motordrehzahl ω
auf den Drehzahlsollwert ω* mit der Zeitkonstanten T1 für die
Verzögerung erster Ordnung erforderlich ist, läßt sich ausdrücken
als
wobei Fn die Drehzahlerfassungsverstärkung ist.
Des weiteren kann die Beziehung zwischen dem Stromsollwert I*
und der Motordrehzahl ω auf der Basis der Gleichungen (2) und (4)
durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Der Stromsollwert (Beschleunigungs- oder Bremsstromwert) I*, der
für eine Reaktion der Motordrehzahl ω auf eine Änderung im Drehzahlsollwert
ω* mit der Zeitkonstanten für eine Zeitverzögerung
erster Ordnung erforderlich ist, kann daher auf der Basis der
Gleichungen (5) und (6) wie folgt ausgedrückt werden:
Es sei zur Erleichterung des Verstehens der Gleichung (7)
Die Gleichung (7) kann dann wie folgt geschrieben werden:
Der durch die Gleichung (9) dargestellte Stromsollwert I* ist
der für eine Beschleunigung oder Abbremsung des Motors 2 erforderliche
Beschleunigungs- oder Bremsstrom. Die Berechnungseinheit
8 für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom erhält daher den
Drehzahlsollwert ω* zugeführt und leitet den durch die Gleichung
(9) gegebenen Wert Iad für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
ab.
Die Berechnungseinheit 8 für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
ist wie in der Fig. 2 gezeigt aufgebaut, und ihre Übertragungsfunktion
kann dargestellt werden zu
Für R1C1=Tn (Verzögerungszeitkonstante) und R2/R1=kn kann
die Gleichung (10) durch die folgende Gleichung dargestellt
werden:
Durch Wahl der Werte des Widerstandes R1 und des Kondensators C1
so, daß die Zeitkonstante Tn in der Gleichung (11) gleich der
Zeitkonstanten T1 in der Gleichung (9) wird, kann der Wert Iad
für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom abgeleitet werden, der
erforderlich ist, wenn sich der Drehzahlsollwert ω* ändert.
Wenn sich der Drehzahlsollwert ω* zum Zeitpunkt t1 wie in der
Fig. 3A gezeigt in Rampenform ändert, gibt die Berechnungseinheit
8 den Wert Iad für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
aus, der in der Fig. 3B gezeigt ist. Der Wert Iad für den
Beschleunigungs- oder Bremsstrom wird im Addierer 4C zu dem
Lastmomentstromsollwert IL* (Fig. 3C) addiert, der von der
Drehzahlsteuereinheit 7 ausgegeben wird. Der sich ergebende, in
der Fig. 3D gezeigte Stromsollwert I* wird an den Addierer 4D
angelegt. Dadurch wird die Ausgangsspannung des Umrichters 1 wie
oben angegeben zur Steuerung des Motorstromes I gesteuert. Im
Ergebnis wird die Drehzahl ω des Gleichstrommotors 2 so eingestellt,
daß sie mit dem Drehzahlsollwert ω* zusammenfällt, wie
es durch eine gestrichelte Linie in der Fig. 3A dargestellt ist.
In der Darstellung der Fig. 3A ist angenommen, daß die Absenkvariable
Δωd gleich Null ist. Wenn die Beschleunigung zum Zeitpunkt
t2 abgeschlossen ist und der Drehzahlsollwert ω* wieder
einen konstanten Wert annimmt, wird der Wert Iad für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten
gleich Null, und der Stromsollwert I* wird gleich dem
Lastmomentstromsollwert IL*. Nach dem Zeitpunkt t2 wird der
Motorstrom I so gesteuert, daß er mit dem Lastmomentstromsollwert
IL* zusammenfällt.
Die Steuerung wird dabei auf die folgende Weise bewirkt. Der
Wert für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom wird von dem
Drehzahlsollwert ω* gemäß einer Vorwärtsregelung (positive Rückkopplung)
abgeleitet, und die Absenkvariable wird entsprechend
dem von der Drehzahlsteuereinheit 7 ausgegebenen Lastmoment
durch den Lastmomentstromsollwert bestimmt. Die Absenkvariable
hat daher keine Beziehung zu der elektrischen Zeitkonstante des
Motors. Auch wenn sich der Drehzahlsollwert ω* stark ändert,
ändert sich die Absenkvariable nicht. Im Ergebnis ist die
Stabilität der Drehzahlregelung sehr hoch. Die Absenkvariablenberechnungseinheit
9 kann darüber hinaus abgeglichen werden, ohne
daß auf die elektrische Zeitkonstante des Motors 2 Rücksicht
genommen zu werden braucht, was die Einstellung des Drehzahlregelsystems
wesentlich erleichtert.
Die Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum
Regeln der Drehzahl eines Motors.
Die Ausführungsform der Fig. 5 ist so aufgebaut, daß das Auftreten
einer Absenkvariablen aufgrund eines Beschleunigungs- oder
Bremsstromes sicher vermieden werden kann, auch wenn die Verstärkung
in der Drehzahlsteuereinheit 7 groß ist.
Die Schaltung der Fig. 5 unterscheidet sich von der der Fig. 1
darin, daß ein Filter 3 vorgesehen ist, um eine Berechnung der
Zeitverzögerung erster Ordnung am Drehzahlsollwert ω* auszuführen
und das Ergebnis an den Addierer 4A zu geben.
Wie in der Fig. 6 gezeigt, umfaßt der Filter 3 einen Eingangswiderstand
R3, einen Operationsverstärker OA2 und eine Rückkoppelschaltung
mit einem Kondensator C2 und einem Widerstand R4,
die jeweils parallel zu dem Operationsverstärker OA2 geschaltet
sind.
Wenn die Verstärkung in der Drehzahlsteuereinheit 7 groß ist,
ist die Drehzahländerung des Gleichstrommotors 2 zeitverzögert,
wenn sich der Drehzahlsollwert ω* geändert hat. Der Lastmomentstromsollwert
IL* der Drehzahlsteuereinheit 7 ändert sich daher,
und die Absenkvariable Δωd versucht sich zu ändern. Angenommen,
es ändert sich zum Beispiel der Drehzahlsollwert ω*, wie in der
Fig. 7A gezeigt, zum Zeitpunkt t1 rampenförmig. Vom Filter 3 wird
ein Drehzahlsollwert ausgegeben, der der Drehzahlsollwert ω*
ist, der mit der Zeitverzögerung erster Ordnung versehen ist,
wie in der Fig. 7B gezeigt ist. Auch wenn der erfaßte Drehzahlwert
ω verzögert ist, ändert sich daher das Ausgangssignal IL*
der Drehzahlsteuereinheit 7 nicht, und das Auftreten der Absenkvariablen
Δωd aufgrund eines Beschleunigungs- oder Bremsstromes
kann vermieden werden.
Durch das Vorsehen des Filters 3 in der Schaltung der Fig. 5
wird erreicht, daß ein Beschleunigungs- oder Bremsstrom keinen
Einfluß auf die Regelung hat, auch wenn die Verstärkung in der
Drehzahlsteuereinheit 7 groß ist und sich der Drehzahlsollwert
ω* ändert. Es wird damit eine stabile Absenksteuerung erhalten.
Bei der Ausführungsform der Fig. 5 kann die Beschleunigungs-
oder Bremsreaktion der Drehzahl ω bezüglich des Drehzahlsollwertes
ω* eindeutig durch den Wert Iad für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom aus der Berechnungseinheit 8 bestimmt werden.
Dieser Vorgang wird nun näher erläutert.
Die Bestimmung der Beschleunigungs- oder Bremsreaktion über die
Verzögerungszeitkonstante Tn der Berechnungseinheit 8 kann dadurch
erhalten werden, daß die Vorrichtung so aufgebaut wird,
daß der Lastmomentstromsollwert IL* sich zum Zeitpunkt einer
Beschleunigung oder Abbremsung nicht durch den Anfangswert
(Laststrom) ändert. Der Lastmomentstromsollwert IL* kann, um es
klar zu sagen, unter der Bedingung zu Null gemacht werden, daß
der Anfangswert dadurch Null ist, daß das Ausgangssignal des
Addierers 4B zu Null gemacht wird. Das Ausgangssignal des
Addierers 4B kann dadurch zu Null gemacht werden, daß das
Ausgangssignal des Filters 3 gleich dem erfaßten Drehzahlwert ω
gemacht wird.
Die Übertragungsfunktion G1 der Berechnungseinheit 8 für den
Beschleunigungs- oder Bremsstrom ist durch die Gleichung (11)
gegeben. Eine Übertragungsfunktion G2 vom Drehzahlsollwert ω*
zum Zeitpunkt einer Beschleunigung oder Abbremsung, das heißt
vom Stromsollwert I* zu dem erfaßten Drehzahlwert ω kann auf der
Basis der Fig. 4 durch die folgende Gleichung ausgedrückt
werden:
Zum Zeitpunkt der Beschleunigung oder Abbremsung ist die
Übertragungsfunktion vom Drehzahlsollwert ω* zum erfaßten
Drehzahlwert ω durch die folgende Gleichung gegeben:
Es sei in der Gleichung (13)
und es sei die Vorrichtung so konzipiert, daß k3=1 ist. Die
Gleichung (13) kann dann umgeschrieben werden in
In der Gleichung (15) ist die Verzögerungszeitkonstante Tc der
Stromsteuereinheit 10 wesentlich kleiner als die Zeitkonstante
Tn. Unter Vernachlässigung von Tc wird die Reaktionszeitkonstante
der Übertragungsfunktion G1G2 durch die Verzögerungszeitkonstante
Tn der Berechnungseinheit 8 für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom bestimmt.
Andererseits kann die Übertragungsfunktion G3 des Filters 3 aus
der Fig. 6 abgeleitet werden zu
R4C2 ist in der Übertragungsfunktion G3 des Filters 3 gemäß
Gleichung (16) eine Verzögerungszeitkonstante Tf. Die Werte des
Widerstandes R4 und des Kondensators C2 werden so gewählt, daß
diese Verzögerungszeitkonstante Tf gleich der Verzögerungszeitkonstanten
Tn der Berechnungseinheit 8 für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom ist.
Wenn die Verzögerungszeitkonstante Tf des Filters 3 auf diese
Weise gleich der Verzögerungszeitkonstanten Tn der Berechnungseinheit
8 gemacht wird, wird die Reaktion des Drehzahlsollwertes
ωd* auf den Drehzahlsollwert ω* gleich der Reaktion des erfaßten
Drehzahlwertes ω auf den Drehzahlsollwert ω*. Die Drehzahlreaktion
wird daher eindeutig durch die Berechnungseinheit 8 für den
Beschleunigungs- oder Bremsstrom bestimmt.
Wenn die Zeitkonstante R3C2 des Filters 3 gleich der Zeitkonstanten
Tn der Berechnungseinheit 8 gemacht wird, hat die Reaktion
des erfaßten Drehzahlwertes ω auf den Drehzahlsollwert ω*
und die Reaktion des Ausgangssignals des Filters 3 auf den
Drehzahlsollwert ω* die Zeitkonstante Tn. Mit anderen Worten
werden beide Reaktionen gleichwertig. Auch zum Zeitpunkt einer
Beschleunigung oder Abbremsung wird daher der Stromsollwert IL*
allein zum Laststrom. Im Ergebnis wird die Drehzahlreaktion
eindeutig durch die Berechnungseinheit 8 für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom bestimmt. Die Absenkvariable, das heißt
der Wert der Drehzahländerung bezüglich des Drehzahlsollwertes,
der erhalten wird, wenn der Motor unter Nennlast mit Nenndrehzahl
läuft, ist typisch gleich 0,2 bis 10%. Es ist wünschenswert,
wenn dieser Wert so klein wie möglich ist. Es kann daher
zum Zeitpunkt einer Drehzahländerung ein verbessertes Reaktionsverhalten
und eine stabile Drehzahlregelung erhalten werden,
wenn der Wert von Z in der Gleichung (1) dadurch im wesentlichen
gleich Null gemacht wird, um die Absenkvariable Δωd im wesentlichen
gleich Null zu machen, daß die Abweichung zwischen dem
Ergebnis der Berechnung der Zeitverzögerung erster Ordnung, die
am Drehzahlsollwert ausgeführt wird, und dem erfaßten Drehzahlwert
an die Drehzahlsteuereinheit 7 geliefert wird und die Zeitverzögerungskonstante
Tf des Filters 3 gleich der Zeitverzögerungskonstante
der Berechnungseinheit 8 für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom gemacht wird.
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung
zur Drehzahlregelung.
Die Ausführungsform der Fig. 8 wird dadurch erhalten, daß zu der
Schaltung der Fig. 5 eine Drehzahldifferenziereinheit 14 und ein
Addierer 4E hinzugefügt wird.
Bei der Schaltung der Fig. 8 wird der erfaßte Drehzahlwert ω,
der durch die Drehzahlberechnungseinheit 6 geliefert wird, durch
die Drehzahldifferenziereinheit 14 differenziert und der sich
ergebende Drehzahldifferenzierwert mit dem gezeigten Vorzeichen
an den Addierer 4E gelegt. Der Addierer 4E subtrahiert den Drehzahldifferenzierwert
vom Stromsollwert I* und legt die sich
ergebende Differenz an den Addierer 4D. Die Stromsteuereinheit
10 richtet den dem Motor 2 zugeführten Strom auf den Stromsollwert
I* minus dem Drehzahldifferenzierwert als dem erwünschten
Stromwert aus.
Bei dieser Regelung wird der Drehzahldifferenzierwert zurückgeführt.
Es kann daher der Stromsollwert von der Drehzahldifferenziereinheit
14 erhalten werden, ohne daß man auf die Arbeit
der Drehzahlsteuereinheit 7 mit einer großen Zeitkonstante
angewiesen ist. Die Drehzahlregelreaktion ist daher verbessert,
und es kann im Ergebnis die Absenkkontrolle wirksam ausgeführt
werden.
Die gleiche Wirkung kann natürlich auch dadurch erhalten werden,
daß die Drehzahldifferenziereinheit 14 zu der Ausführungsform
der Fig. 1 hinzugefügt wird.
Die Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Drehzahlregelvorrichtung.
Bei diesem Beispiel wird die Drehzahlregelung auf ein System zur
Ausführung einer Vektorsteuerung an einem Induktionsmotor angewendet.
In der Fig. 9 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in der Fig. 5
gleiche Komponenten. Gemäß Fig. 9 wird der Primärstrom I1 eines
Induktionsmotors 20, der von dem Stromwandler 12 erfaßt wird,
einer Stromkomponentenerfassungseinheit 15 eingegeben. Die Erfassungseinheit
15 stellt die Drehmomentstromkomponente It und
die Erregungsstromkomponente Im des Primärstromes I1 fest. Die
Drehmomentstromkomponente It wird an den Addierer 4D angelegt
und die Erregungsstromkomponente Im an einen Addierer 4F. Der
Addierer 4D addiert einen Drehmomentstromkomponentensollwert
It*, der vom Addierer 4C ausgegeben wird, und den erfaßten Drehmomentstromwert
It mit den dargestellten Vorzeichen und liefert
die sich ergebende Abweichung zu einer Drehmomentstromsteuereinheit
(q-Achsen-Stromsteuereinheit) 10q. Die Stromsteuereinheit
10q erzeugt in Abhängigkeit von der Drehmomentstromabweichung
einen q-Achsen-Spannungssollwert Vq* und gibt diesen an eine
Vektorberechnungseinheit 17. Andererseits addiert der Addierer
4F einen Erregungsstromkomponentensollwert Im*, der von einer
Erregungsstromsollwertschaltung 16 ausgegeben wird, und den erfaßten
Erregungsstromwert Im mit den dargestellten Vorzeichen
und liefert die sich ergebende Abweichung an eine Erregungsstromsteuereinheit
(d-Achsen-Stromsteuereinheit) 10d. Die
Erregungsstromsteuereinheit 10d erzeugt in Abhängigkeit von der
Erregungsstromabweichung einen d-Achsen-Spannungssollwert Vd*
und gibt diesen an die Vektorberechnungseinheit 17. Die Vektorberechnungseinheit
17 nimmt den q-Achsen-Spannungssollwert Vq*
und den d-Achsen-Spannungssollwert Vd* auf, leitet durch Berechnung
Spannungssollwerte für die jeweiligen Phasen ab und liefert
diese zu Zündsteuerschaltungen 18U, 18V und 18W der jeweiligen
Phasen. Als Schaltung für die Zündsteuerung wird beispielsweise
eine Schaltung zum Ausführen einer Impulsbreitenmodulation verwendet.
Die Zündsteuerschaltungen 18U, 18V und 18W steuern den
Umrichter 1 so, daß der Primärstrom des Induktionsmotors 20
geregelt ist.
Mit der Vektorsteuerung dieses Aufbaus wird die Größe, Frequenz
und Phase des Primärstromes I1 für den Induktionsmotor 20 geregelt,
wobei der Drehmomentstrom It und der Erregungsstrom Im
unabhängig voneinander geregelt wird.
Da die nach Fig. 9 durch Ansteuerung des Umrichters 1 in einer
Ankerspannungssteuerart ausgeführte Vektorsteuerung bekannt
ist, wird hier auf eine genauere Beschreibung davon verzichtet.
Auch bei der Ausführungsform der Fig. 9 umfaßt das Drehmomentstromregelsystem
(Drehzahlregelsystem) die Berechnungseinheit 8
für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom, die Absenkvariablen-
Berechnungseinheit 9 und den Filter 3. Die Absenkvariable wird
daher durch den Beschleunigungs- oder Bremsstrom nicht geändert,
wodurch die Stabilität der Drehzahlregelung mit der Vektorsteuerung
verbessert ist.
Bei der Ausführungsform der Fig. 9 erfolgt die Vektorsteuerung
durch Ansteuern des Umrichters in einer Ankerspannungssteuerart.
Auf die gleiche Weise wie beschrieben kann jedoch natürlich
auch eine Vektorsteuerung durch Ansteuern des Umrichters in
einer Ankerstromsteuerart ausgeführt werden.
Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen können die Positionen
der Addierer 4A und 4B ausgetauscht werden. Auch sind in
den Ausführungsformen der Fig. 1 und 5 die Positionen der Addierer
4C und 4D austauschbar. Bei den Ausführungsformen nach den
Fig. 8 und 9 können die Addierer 4C, 4D und 4E in beliebiger
Reihenfolge angeordnet werden.
Bei den obigen Ausführungsformen erfolgt die Regelung mittels
Analogsignalen. Es sind jedoch auch entsprechende Ausführungen
mit einem Mikroprozessor zur Ausführung einer digitalen Steuerung
möglich.
Beispielsweise ist in der Fig. 10 ein Aufbau gezeigt, der der
Ausführung der Fig. 1 entspricht, jedoch eine digitale Steuerung
beinhaltet. Das Ablaufdiagramm für die Arbeitsweise davon ist in
der Fig. 11 dargestellt.
Gemäß Fig. 10 umfaßt eine Steuereinheit 100 eine Zentraleinheit
(CPU) 102, einen Festwertspeicher (ROM) 104, einen Direktzugriffspeicher
(RAM) 106, eine Ein/Ausgabeschaltung (I/O) 108 und
einen Bus 110. Die Steuereinheit 100 weist die Funktionen der
Addierer 4A bis 4D, der Drehzahlberechnungseinheit 6, der Drehzahlsteuereinheit
7, der Berechnungseinheit 8 für den Beschleunigungs-
oder Bremsstrom, der Absenkvariablensteuereinheit 9
und der Stromsteuereinheit 10 der Fig. 1 auf. Der vom Stromwandler
12 zugeführte Ankerstrom I, der Drehzahlsollwert ω* und die
Impulse vom Kodierer 5 werden der Ein/Ausgabeschaltung 108
eingegeben. Die Ein/Ausgabeschaltung 108 liefert einen auf der
Basis dieser Eingangssignale berechneten Zündsteuersollwert an
die Steuerimpulserzeugungseinheit 11.
Mit Bezug auf das Ablaufdiagramm der Fig. 11 wird nun die
Arbeitsweise der Steuereinheit 100 erläutert.
Zuerst wird auf der Basis der Impulse vom Kodierer 5 die Motordrehzahl
berechnet und der Wert ω dafür im RAM 106 gespeichert
(Schritt S1). Dann wird die im RAM 106 gespeicherte Absenkvariable
Δωd vom Drehzahlsollwert ω* abgezogen, um den Absenkdrehzahlsollwert
ωd* abzuleiten (Schritt S2). Der im RAM 106 gespeicherte
Wert ω für die erfaßte Drehzahl wird von dem so
abgeleiteten Sollwert ωd* subtrahiert, und es wird auf der Basis
der sich ergebenden Differenz der Lastmomentstromsollwert IL*
bestimmt (Schritt S3). Dann wird auf der Basis des Stromsollwertes
IL* die Absenkvariable Δωd bestimmt und dazu verwendet,
den vorhergehenden Wert für die Absenkvariable im RAM 106 zu
erneuern (Schritt S4). Aus dem Drehzahlsollwert ω* wird nun der
Beschleunigungs- oder Bremsstrom Iad abgeleitet (Schritt S5).
Der Lastmomentstromsollwert IL* und dieser Wert Iad für den
Beschleunigungs- oder Bremsstrom werden zusammenaddiert, um den
Stromsollwert I* zu erhalten (Schritt S6). Der Ankerstrom I wird
von diesem Stromsollwert I* subtrahiert, um die Stromabweichung
festzustellen (Schritt S7). Aus der Stromabweichung wird der
Triggersteuerstrom errechnet und an die Steuerstromerzeugungseinheit
11 abgegeben (Schritt S8).
Die Berechnungsverfahren (Gleichungen) zum Ableiten der jeweiligen
Werte sind mit denen für die Ausführungen der Fig. 1
identisch.
Der angegebene Arbeitsablauf stellt nur ein Beispiel dar, und es
sind viele Abwandlungen des Vorganges möglich. Alternativ kann
zum Beispiel der Wert ω für die erfaßte Drehzahl vom Drehzahlsollwert
ω* abgezogen werden und der Lastmomentstromsollwert IL*
auf der Basis eines Wertes berechnet werden, der durch weiteres
Subtrahieren der Absenkvariablen Δωd von der sich ergebenden
Differenz erhalten wird.
Durch Anwendung eines ähnlichen Verfahrens kann die digitale
Steuerung auch auf jede der Ausführungsformen der Fig. 5, 8 und
9 angewendet werden.
Wie beschrieben, wird erfindungsgemäß die Absenkvariable unabhängig
von der elektrischen Zeitkonstante des Motors abgeleitet.
Auch bei einer großen Änderung des Drehzahlsollwertes unterliegt
daher die Absenkvariable keinen Schwankungen mit dem Ergebnis
einer erhöhten Stabilität der Drehzahlregelung.
Des weiteren wird erfindungsgemäß der Drehzahlsollwert mit der
Verzögerungszeitkonstanten für die Berechnung des Beschleunigungs-
oder Bremsstromes verzögert, bevor er der Drehzahlsteuereinheit
zugeführt wird. Auch wenn die Verstärkung der Drehzahlsteuereinheit
hoch ist, wird daher die Absenkvariable vom Beschleunigungs-
oder Bremsstrom nicht geändert. Die Drehzahlreaktionseigenschaften
sind darüber hinaus von der Berechnungseinheit
für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom eindeutig
festgelegt.
Claims (18)
1. Drehzahlregelvorrichtung für einen Motor (2), der vom Ausgangsstrom
eines Umrichters (1) angesteuert wird, mit einer
Drehzahlsteuereinrichtung zur Ausgabe eines Stromsollwertes auf
der Basis der Abweichung zwischen einem erfaßten Wert für die
Drehzahl des Motors und einem Drehzahlsollwert und mit einer
Stromsteuereinrichtung zum Steuern des Ausgangsstromes des
Umrichters, gekennzeichnet durch
- - eine Drehzahlsteuereinheit (7) zum Ableiten einer Abweichung zwischen dem erfaßten Drehzahlwert (ω) für den Motor (2) und einem Drehzahlsollwert (ω*) dafür und zum Ableiten eines ersten Stromsollwertes (IL*) auf der Basis eines Wertes, der durch Kompensation der Abweichung mit einer Absenkvariablen (Δωd) erhalten wird;
- - eine Berechnungseinheit (8) für einen Beschleunigungs- oder Bremsstrom, der der Drehzahlsollwert (ω*) zugeführt wird und die einen Wert (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom zum Beschleunigen oder Abbremsen des Motors bestimmt;
- - eine Stromsteuereinheit (10) zum Addieren des ersten Stromsollwertes (IL*) und des Wertes (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom, um einen zweiten Stromsollwert (I*) abzuleiten und um den Ausgangsstrom des Umrichters (1) auf der Basis des zweiten Stromsollwertes (I*) zu steuern; und durch
- - eine Absenkvariablenberechnungseinheit (9) zur Aufnahme des ersten Stromsollwertes (IL*), Ableiten der Absenkvariablen (Δωd) und Zuführen der Absenkvariablen zu der Drehzahlsteuereinheit (7).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Berechnungseinrichtung
(3) für eine Zeitverzögerung erster Ordnung,
um an dem Drehzahlsollwert eine Zeitverzögerung erster
Ordnung auszuführen, so daß sich der erste Stromsollwert (IL*)
bei einer Änderung des Drehzahlsollwertes nicht ändert; und
dadurch, daß die Drehzahlsteuereinheit (7) die Abweichung
zwischen dem erfaßten Drehzahlwert für den Motor und einem
Drehzahlsollwert bestimmt, der der Zeitverzögerung erster
Ordnung unterworfen wurde, und den ersten Stromsollwert (IL*)
auf der Basis eines Wertes ableitet, der durch Kompensation der
Abweichung mit der Absenkvariablen erhalten wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Berechnungseinrichtung für die Zeitverzögerung erster Ordnung
ein Filter (3) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeitkonstante für die Zeitverzögerung erster Ordnung der Berechnungseinheit
(8) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom gleich
der der Berechnungseinrichtung (3) für die Zeitverzögerung
erster Ordnung ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
Drehzahländerungsratenberechnungseinrichtung (14) zum Ableiten
eines Wertes für die Drehzahländerungsrate des Motors auf der
Basis des erfaßten Drehzahlwertes; und dadurch, daß die Stromsteuereinheit
(10) die Abweichung zwischen einem Wert feststellt,
der durch Addieren des ersten Stromsollwertes (IL*) zu
dem Wert (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom und dem
Wert für die Drehzahländerungsrate erhalten wird, um einen
zweiten Stromsollwert abzuleiten, wobei der Ausgangsstrom des
Umrichters auf der Basis des zweiten Stromsollwertes gesteuert
wird.
6. Induktionsmotor-Drehzahlregelvorrichtung mit einem Induktionsmotor
(20), der vom Ausgangsstrom eines Umrichters (1)
angesteuert wird, mit einer Drehzahlsteuereinrichtung zur Ausgabe
eines Stromsollwertes auf der Basis der Abweichung zwischen
einem erfaßten Wert für die Drehzahl des Motors und einem Drehzahlsollwert,
und mit einer ersten Stromsteuereinrichtung zum
Ableiten eines Drehmomentstromkomponentensollwertes auf der
Basis des Stromsollwertes und zur Ausgabe eines ersten Ausgangssignals,
das eine Drehmomentstromkomponente des Induktionsmotors
auf der Basis des Drehmomentstromkomponentensollwertes
steuert, mit einer zweiten Stromsteuereinrichtung zur
Aufnahme einer Erregungsstromkomponente und zur Ausgabe eines
zweiten Ausgangssignals, das die Erregungsstromkomponente des
Induktionsmotors steuert, sowie mit einer Vektorberechnungseinrichtung
zur Aufnahme des ersten und des zweiten Ausgangssignals
und zum Steuern des Ausgangsstromes des Umrichters,
gekennzeichnet durch
- - eine Drehzahlsteuereinheit (7) zum Ableiten einer Abweichung zwischen dem erfaßten Drehzahlwert (ω) für den Motor (20) und einem Drehzahlsollwert (ω*) dafür und zur Ausgabe eines ersten Stromsollwertes (IL*) auf der Basis eines Wertes, der durch Kompensation der Abweichung mit einer Absenkvariablen (Δωd) erhalten wird;
- - eine Berechnungseinheit (8) für einen Beschleunigungs- oder Bremsstrom, der der Drehzahlsollwert (ω*) zugeführt wird und die einen Wert (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom zum Beschleunigen oder Abbremsen des Motors bestimmt;
- - eine erste Stromsteuereinheit (10q) zum Addieren des ersten Stromsollwertes (IL*) und des Wertes (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom, um einen Drehmomentstromkomponentensollwert (It*) abzuleiten und um ein erstes Ausgangssignal (Vq*) abzugeben, das die Drehmomentstromkomponente des Induktionsmotors auf der Basis des Drehmomentstromkomponentensollwertes steuert;
- - eine zweite Stromsteuereinheit (10d) zur Aufnahme der Erregungsstromkomponente und zur Ausgabe eines zweiten Ausgangssignals (Vd*), das die Erregungsstromkomponente des Induktionsmotors steuert;
- - eine Vektorberechnungseinheit (17), der das erste und das zweite Ausgangssignal zugeführt wird und die den Ausgangsstrom des Umrichters (1) steuert; und durch
- - eine Absenkvariablenberechnungseinheit (9) zur Aufnahme des ersten Stromsollwertes (IL*), Ableiten der Absenkvariablen (Δωd) und Zuführen der Absenkvariablen zu der Drehzahlsteuereinheit (7).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Berechnungseinrichtung
(3) für eine Zeitverzögerung erster Ordnung,
um an dem Drehzahlsollwert eine Zeitverzögerung erster
Ordnung auszuführen, so daß sich der erste Stromsollwert (IL*)
bei einer Änderung des Drehzahlsollwertes nicht ändert; und
dadurch, daß die Drehzahlsteuereinheit (7) die Abweichung
zwischen dem erfaßten Drehzahlwert für den Motor und einem
Drehzahlsollwert bestimmt, der der Zeitverzögerung erster
Ordnung unterworfen wurde, und den ersten Stromsollwert (IL*)
auf der Basis eines Wertes ableitet, der durch Kompensation der
Abweichung mit der Absenkvariablen erhalten wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Berechnungseinrichtung für die Zeitverzögerung erster Ordnung
ein Filter (3) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeitkonstante für die Zeitverzögerung erster Ordnung der Berechnungseinheit
(8) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom gleich
der der Berechnungseinrichtung (3) für die Zeitverzögerung
erster Ordnung ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch
eine Drehzahländerungsratenberechnungseinrichtung (14) zum
Ableiten eines Wertes für die Drehzahländerungsrate des Motors
auf der Basis des erfaßten Drehzahlwertes; und dadurch, daß die
erste Stromsteuereinheit (10q) die Abweichung zwischen einem
Wert feststellt, der durch Addieren des ersten Stromsollwertes
(IL*) zu dem Wert (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
und dem Wert für die Drehzahländerungsrate erhalten wird, um den
Drehmomentstromkomponentensollwert abzuleiten und das erste
Ausgangssignal zum Steuern der Drehmomentstromkomponente des
Induktionsmotors auf der Basis des Drehmomentstromkomponentensollwertes
auszugeben.
11. Drehzahlregelverfahren zum Ableiten eines Stromsollwertes
auf der Basis einer Abweichung zwischen dem erfaßten Wert für
die Drehzahl eines Motors, der vom Ausgangsstrom eines Umrichters
angesteuert wird, und eines Drehzahlsollwertes und zum
Steuern des Ausgangsstromes des Umrichters auf der Basis des
Stromsollwertes, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- - Aufnehmen eines ersten Stromsollwertes (IL*) und Ableiten einer Absenkvariablen (Δωd);
- - Bestimmen der Abweichung zwischen dem erfaßten Drehzahlwert (ω) und dem Drehzahlsollwert (ω*) und Ableiten des ersten Stromsollwertes auf der Basis eines Wertes, der durch Kompensation der Abweichung mit der Absenkvariablen erhalten wird;
- - Aufnehmen des Drehzahlsollwertes (ω*) und Ableiten eines Wertes (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom zum Beschleunigen oder Abbremsen des Motors; und
- - Addieren des ersten Stromsollwertes (IL*) und des Wertes (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom zur Ableitung eines zweiten Stromsollwertes (I*) und zum Steuern des Ausgangsstromes des Umrichters (1) auf der Basis des zweiten Stromsollwertes.
12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen
Schritt des Ausführens einer Zeitverzögerung erster Ordnung am
Drehzahlsollwert, so daß sich der erste Stromsollwert (IL*) bei
einer Änderung des Drehzahlsollwertes nicht ändert; und dadurch,
daß der Schritt zur Ableitung des ersten Stromsollwertes das
Bestimmen der Abweichung zwischen dem erfaßten Drehzahlwert und
einem Drehzahlsollwert, der der Zeitverzögerung erster Ordnung
unterworfen wurde, und die Ableitung des ersten Stromsollwertes
(IL*) auf der Basis eines Wertes einschließt, der durch
Kompensation der Abweichung mit der Absenkvariablen erhalten
wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeitkonstante für die Zeitverzögerung erster Ordnung bei der
Ableitung des Wertes für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
gleich der der Berechnung der Zeitverzögerung erster Ordnung
ist.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch
einen Schritt des Ableitens eines Wertes für die Drehzahländerungsrate
des Motors auf der Basis des erfaßten Drehzahlwertes;
und dadurch, daß der Schritt des Steuerns des Ausgangsstromes
des Umrichters das Ableiten der Abweichung zwischen einem Wert
einschließt, der durch Addieren des ersten Stromsollwertes (IL*)
zu dem Wert (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom und
dem Wert für die Drehzahländerungsrate erhalten wird, um den
zweiten Stromsollwert (I*) abzuleiten, wobei der Ausgangsstrom
des Umrichters (1) auf der Basis des zweiten Stromsollwertes
gesteuert wird.
15. Induktionsmotordrehzahlregelverfahren für einen Induktionsmotor
(20), der vom Ausgangsstrom eines Umrichters (1) angesteuert
wird, zum Ableiten eines Stromsollwertes auf der Basis
der Abweichung zwischen einem erfaßten Wert für die Drehzahl des
Motors und einem Drehzahlsollwert, zum Ableiten eines ersten
Ausgangssignales zum Steuern einer Drehmomentstromkomponente auf
der Basis eines Drehmomentstromkomponentensollwertes, zur Aufnahme
einer Erregungsstromkomponente zum Ableiten eines zweiten
Ausgangssignals, das die Erregungsstromkomponente des Induktionsmotors
steuert, und zur Aufnahme des ersten und des zweiten
Ausgangssignales zum Steuern des Ausgangsstromes des Umrichters,
gekennzeichnet durch die Schritte:
- - Aufnehmen eines ersten Stromsollwertes (IL*) und Ableiten einer Absenkvariablen (Δωd);
- - Ableiten einer Abweichung zwischen dem erfaßten Drehzahlwert (ω) für den Motor (20) und einem Drehzahlsollwert (ω*) dafür und Ableiten des ersten Stromsollwertes (IL*) auf der Basis eines Wertes, der durch Kompensation der Abweichung mit der Absenkvariablen erhalten wird;
- - Aufnehmen des Drehzahlsollwertes (ω*) und Bestimmen eines Wertes (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom zum Beschleunigen oder Abbremsen des Motors;
- - Addieren des ersten Stromsollwertes (IL*) und des Wertes (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom zum Ableiten des Drehmomentstromkomponentensollwertes und Ableitung eines erstes Ausgangssignals (Vq*) zur Steuerung der Drehmomentstromkomponente des Induktionsmotors auf der Basis des Dreh momentstromkomponentensollwertes;
- - Aufnahme der Erregungsstromkomponente und Ableiten eines zweiten Ausgangssignals (Vd*) zur Steuerung der Erregungsstromkomponente des Induktionsmotors;
- - Aufnahme des ersten und des zweiten Ausgangssignals und Steuern des Ausgangsstromes des Umrichters (1).
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Schritt
des Ausführens einer Zeitverzögerung erster Ordnung am Drehzahlsollwert,
so daß sich der erste Stromsollwert (IL*) bei einer
Änderung des Drehzahlsollwertes nicht ändert; und dadurch, daß
der Schritt zur Ableitung des ersten Stromsollwertes das Bestimmen
der Abweichung zwischen dem erfaßten Drehzahlwert für
den Motor und einem Drehzahlsollwert, der der Zeitverzögerung
erster Ordnung unterworfen wurde, und der Ableitung des ersten
Stromsollwert (IL*) auf der Basis eines Wertes einschließt, der
durch Kompensation der Abweichung mit der Absenkvariablen erhalten
wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zeitkonstante für die Zeitverzögerung erster Ordnung bei der
Ableitung des Wertes für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom
gleich der der Berechnung der Zeitverzögerung erster Ordnung
ist.
18. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch
einen Schritt des Ableitens eines Wertes für die Drehzahländerungsrate
des Motors auf der Basis des erfaßten Drehzahlwertes;
und dadurch, daß der Schritt des Ableitens des ersten Ausgangssignales
das Ableiten der Abweichung zwischen einem Wert einschließt,
der durch Addieren des ersten Stromsollwertes (IL*) zu
dem Wert (Iad) für den Beschleunigungs- oder Bremsstrom und dem
Wert für die Drehzahländerungsrate erhalten wird, um den Drehmomentstromkomponentensollwert
abzuleiten, und das Ableiten des
ersten Ausgangssignals zum Steuern der Drehmomentstromkomponente
des Induktionsmotors auf der Basis des Drehmomentstromkomponentensollwertes
einschließt.
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