DE4132825A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln der drehzahl eines elektromotors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum regeln der drehzahl eines elektromotors

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DE4132825A1
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Haruo Naitoh
David H E Butler
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines (Elektro-)Motors unter Verhinderung oder Unterdrückung von Schwingung, die durch auf eine Welle zwischen einer Last und dem Motor zum Antreiben der Last einwirkende Torsion hervorgerufen wird.
Eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Motors für den Antrieb einer (eines) Walzmaschine bzw. Walzwerks zum Auswalzen von z. B. Stahl, als Last, verwendet ein in Fig. 3 dargestelltes Drehzahlregelsystem.
Das Drehzahlregelsystem gemäß Fig. 3 verwendet eine Drehzahlregelschleife und eine Stromregelnebenschleife. Die Drehzahlregelschleife umfaßt einen Drehzahldetektor 4 zum Erfassen bzw. Messen der Drehzahl eines Gleichstrommotors 3, mit dem eine Last 1 über eine Welle 2 gekoppelt ist, eine erste Subtrahierstufe (subtracter) 5 zur Ableitung einer Differenz zwischen einer Führungsdrehzahlgröße und einer durch den Drehzahldetektor 4 bestimmten Drehzahl-Meßgröße sowie eine auf die Drehzahldifferenz von der ersten Subtrahierstufe ansprechende Drehzahlreglereinheit (controller) 6 zur Lieferung einer Führungsstromgröße auf der Grundlage einer gegebenen Regeltheorie. Die Stromregelnebenschleife umfaßt einen Stromdetektor 7 zum Erfassen oder Messen des Stroms im Motor 3, eine zweite Subtrahierstufe 8 zur Ableitung einer Differenz zwischen der Führungsstromgröße, die von der Drehzahlreglereinheit 6 geliefert wird, und einer durch den Stromdetektor 7 ermittelten Strom-Meßgröße sowie eine auf die von der zweiten Subtrahierstufe 8 gelieferte Stromdifferenz ansprechende Stromreglereinheit 9 zur Lieferung einer Spannungsführungs- oder Führungsspannungsgröße zu einer Regelstromquelle 10 auf der Grundlage einer gegebenen Regeltheorie. Die Drehzahlreglereinheit 6 und die Stromreglereinheit 9 bestehen im allgemeinen aus einer Proportional-plus-Integralschaltung.
Wenn die Last 1 und der Motor eines (als) Regelziel(s) durch die Drehzahlregelvorrichtung geregelt werden, wirft ein Drehzahlregelsystem keine Probleme auf, sofern die den Motor mit der Last verbindende Welle 2 ausreichend steif ist. Falls jedoch die Welle 2 entsprechend elastisch ist, ist aus den noch zu beschreibenden Gründen eine durch Torsion, die auf die Welle einwirkt, hervorgerufene Schwingung bzw. Schwankung (oscillation) in Motor- und Lastdrehzahl zu beobachten, wodurch die Drehzahlregelbarkeit erheblich beeinträchtigt wird.
Bei der beschriebenen Motordrehzahlregelvorrichtung vermag das als Nebenschleife eingebaute Stromregelsystem den Strom in einem (Motor-)Anker zu regeln, d. h. Drehmomentstrom proportional zum Erzeugungsdrehmoment (Drehmomenterzeugung) des Motors. Es ist damit unmöglich, das unmittelbar auf die Motordrehzahl bezogene Beschleunigungsdrehmoment zu regeln (oder zu steuern), auch wenn das auf die Welle wirkende bzw. an dieser anliegende Drehmoment geregelt werden kann.
Beispielsweise beschreibt die JP-AS 63-1 839 eine Motordrehzahlregelvorrichtung zur Unterdrückung von Schwingung, die durch Torsion an einer Welle, über welche ein Motor mit einer Last verbunden ist, hervorgerufen wird.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Motordrehzahlregelvorrichtung, wobei den Teilen von Fig. 3 entsprechende oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 3 bezeichnet sind. Im folgenden sind nur die unterschiedlichen Teile oder Elemente im einzelnen beschrieben. Als System oder Einrichtung zum Regeln (bzw. Steuern) des unmittelbar auf die Motordrehzahl bezogenen Erzeugungsdrehmoments ist ein Wellendrehmoment-Überwacher (observer) 30 in einem Rückkopplungssystem relativ zu einem Stromregelsystem angeordnet, welcher die Meßdrehzahlgröße und die Meßstromgröße vom Drehzahldetektor 4 bzw. Stromdetektor 7 abnimmt. Dieser Überwacher 30 führt eine Rechenoperation auf der Grundlage der abgenommenen Meßdrehzahlgröße und der Meßstromgröße durch, um eine geschätzte (oder angenäherte) Wellendrehmomentgröße abzuleiten, und er koppelt die geschätzte Größe zu einer zweiten Subtrahierstufe 8 im Stromregelsystem zurück. Dabei wird durch die Rechenoperation eine simulierte Größe des Wellendrehmoments anhand der Meßdrehzahlgröße und der Meßstromgröße sowie eines mathematischen Modells, das spezifisch anhand des zu regelnden Objekts bestimmt ist, bewertet (evaluated).
Die den Wellendrehmoment-Überwacher 30 enthaltende Motordrehzahlregelvorrichtung kann möglicherweise die Schwingung in der Motorwelle bis zu einem gewissen Grad unterdrücken.
Der genannte Überwacher 30 vermag jedoch zeitweilig keine korrekte Schätzgröße abzuleiten oder zu liefern, weil bei ihm ein Problem, wie Schätzfehler oder Konvergenzgröße zu einem wahren Wert, im Spiel ist. Dies bedeutet, daß der Wellendrehmoment-Überwacher 30 das Wellendrehmoment mittels der mathematischen Operation auf der Grundlage einer gegebenen Theorie schätzt, wobei jedoch entgegen der Theorie unter praktischen Anwendungsbedingungen gewissen physikalischen Erscheinungen, wie Störsignale (noise), auftreten. Da solche Erscheinungen im mathematischen Modell nicht voll berücksichtigt sind oder werden, weicht in manchen Fällen ein Schätzwert des Wellendrehmoments vollkommen von einem betreffenden, überwachten Wert ab. In einem solchen Fall wird die Drehzahlregelleistung durch das Vorhandensein des Wellendrehmoment-Überwachers 30 verschlechtert.
Entsprechend der "Überwacher"-Theorie benötigt der Wellendrehmoment-Überwacher 30 ein mathematisches Modell für ein zu regelndes Objekt, für das die Überwachung (observation) erfolgen soll; es ist jedoch nicht notwendigerweise einfach, ein korrektes mathematisches Modell für das Motor/Lastsystem abzuleiten bzw. aufzustellen. Ersichtlicherweise weicht das Wellendrehmoment, wenn es auf der Grundlage eines inkorrekten Modells geschätzt wird, vom tatsächlichen bzw. Ist-Wellendrehmoment ab.
Wenn sich weiterhin die Parameter des zu regelnden Objekts, wie mechanische Trägheit und Viskositätswiderstand, im Betrieb des Motors ändern, kann auch dann, wenn das mathematische Modell zu einem Zeit- oder Betriebspunkt korrekt ist, keine korrekte, d. h. einwandfreie Schätzung über die gesamte Betriebsperiode oder den gesamten Betriebsbereich hinweg erwartet werden. Wenn bei einem System zum Verbinden von Walzen (eines Walzwerks) mit einem Motor, z. B. in einem Antriebssystem zum Auswalzen von Stahl o. dgl., mechanische Trägheit im Spiel ist, erweist es sich aus dem unten genannten Grund als unzureichend oder ungenügend, auch wenn die Trägheit in das mathematische Modell einbezogen ist. Beim Auswalzen von Stahl ändert sich die Masse eines Stahlblechs oder einer -platte von seinem (ihrem) Eintritt zwischen die Walzen bis zu seinem (ihrem) Austritt der Auswalzanordnung (rolled site). Dabei ist es nötig, die betreffende Masse zu berücksichtigen. Beim Aufwickeln von Stahlblech mittels einer Aufwickelmaschine ändert sich bekanntlich die Masse des aufgewickelten Blechs im Laufe der Aufwickel- oder Coilingsoperation; dies bedeutet, daß sich die Masse der Last zwischen dem Zeitpunkt des Beginns des Aufwickelvorgangs und dem Zeitpunkt seiner Beendigung beträchtlich ändert. Auch wenn die mechanische Trägheit ganz speziell in das mathematische Modell einbezogen wird, ist es dabei nicht möglich, das Wellendrehmoment genau zu schätzen (estimate).
Auf ähnliche Weise werden die Parameter des Überwachungsobjekts für den Aufbau des mathematischen Modells benötigt; die Parameter der Last ändern sich jedoch jedesmal, wenn von einem Überwachungsobjekt auf ein anderes umgeschaltet oder übergegangen wird, so daß in umständlicher, aufwendiger Weise das mathematische Modell jedesmal (neu) aufgestellt werden muß.
Bei der bisherigen Motordrehzahlregelvorrichtung nimmt der Wellendrehzahl-Überwacher die Meßdrehzahlgröße und die Meßstromgröße von Motordrehzahl- bzw. Stromdetektor ab, und er schätzt das Wellendrehmoment mittels einer Rechenoperation auf der Grundlage des mathematischen Modells und koppelt einen Schätzwert zum Stromregelsystem zurück, um Schwingung zu unterdrücken, die durch auf die Welle, mit welcher der Motor mit der Last verbunden ist, einwirkende Torsion hervorgerufen wird. Dieser Überwacher schätzt das Wellendrehmoment anhand der (des) gemessenen Drehzahl und Stroms im Motor ab. Diese Veränderlichen entstehen nur (erst), nachdem die Drehmomentänderungen in (an) der Welle Drehzahländerungen im Motor verursacht haben. Die Drehmomentschätzung des Überwachers ist daher zeitlich gegenüber dem Ist-Drehmoment verzögert. Auf diese Weise kann mithin kein korrektur Schätzwert ermittelt oder abgeleitet werden. Insbesondere ist das mathematische Modell eindeutig in Abhängigkeit von dem zu regelnden Objekt (Regelobjekt) bestimmt oder festgelegt. Da in der Praxis im Betrieb von Motor und Last eine vom mathematischen Modell verschiedene physikalische Erscheinung auftreten kann, weicht der Schätzwert für das Wellendrehmoment zeitweilig vollkommen von einer Überwachungsgröße ab, wodurch ein Problem bezüglich der Zuverlässigkeit herbeigeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Motors, mit denen sein Wellendrehmoment jederzeit einwandfrei geregelt werden kann, auch wenn sich Parameter einer Last infolge des Auftretens verschiedener physikalischer Erscheinungen im Betrieb von Motor und Last ändern, so daß damit Schwingung, die durch die Welle beaufschlagende Torsionsänderungen herbeigeführt wird, zuverlässig verhindert oder unterdrückt werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines eine Last antreibenden Elektromotors, umfassend:
einen Drehzahlregelschritt zum Ermitteln oder Ableiten der Differenz zwischen einer Führungsdrehzahlgröße des Motors und einer gemessenen oder Meßdrehzahlgröße des Motors und zum Erzeugen einer Führungsstromgröße des Motors (bzw. für diesen) auf der Grundlage der Differenz,
einen Drehmomentmeßschritt zum Detektieren oder Messen eines auf eine Welle, welche den Motor mit der Last verbindet, einwirkenden Drehmoments,
einen Addierschritt zum Addieren eines im Drehmomentmeßschritt erhaltenen Meßdrehmomentsignals zu der im Drehzahlregelschritt erhaltenen Führungsstromgröße, wobei das Meßdrehmomentsignal als Korrektursignal zur Regelung des Erzeugungsdrehmoments (bzw. erzeugten Drehmoments) des Motors addiert wird,
einen Strommeßschritt zum Detektieren oder Messen eines Stroms im Motor und
einen Stromregelschritt zum Regeln des Stroms im Motor auf der Grundlage der Differenz zwischen der Führungsstromgröße, zu welcher das Meßdrehmomentsignal addiert ist, und der im Strommeßschritt erhaltenen Strommeßgröße.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines eine Last antreibenden Elektromotors, umfassend:
eine Drehzahlregeleinheit zum Ermitteln oder Ableiten einer Differenz zwischen einer Führungsdrehzahlgröße des Motors und einer gemessenen oder Meßdrehzahlgröße des Motors und zum Erzeugen einer Führungsstromgröße des Motors (bzw. für diesen) auf der Grundlage der Differenz,
eine Stromregeleinheit zum Regeln des Stroms im Motor auf der Grundlage der Differenz zwischen der von der Drehzahlregeleinheit erhaltenen Führungsstromgröße und einer im Motor gemessenen Meßstromgröße,
eine an einer Welle, welche den Motor mit der Last verbindet, montierte Drehmomentmeßeinheit zum Detektieren oder Messen des auf die Welle einwirkenden Drehmoments und
eine Addiereinheit zum Addieren eines von der Drehmomentmeßeinheit erhaltenen gemessenen oder Meßdrehmomentsignals zu einer von der Drehzahlregeleinheit erhaltenen Führungsstromgröße, wobei das Meßdrehmomentsignal ein Korrektursignal zum Regeln des Erzeugungsdrehmoments (bzw. erzeugten Drehmoments) des Motors ist.
Bei der Vorrichtung und beim Verfahren zum Regeln der Drehzahl des (Elektro-)Motors wird das Führungsstromsignal zum Stromregler unter Heranziehung des durch den Drehmomentdetektor gemessenen Drehmomentsignals, auf der Grundlage der tatsächlichen physikalischen Erscheinung, korrigiert, so daß als Ergebnis das Erzeugungsdrehmoment des Motors auf oben angegebene Weise geregelt werden kann. Weiterhin ist es dabei möglich, Schwingung zu verhindern oder zu unterdrücken, die durch auf die den Motor mit der Last verbindende Welle einwirkende Torsion hervorgerufen wird.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Motordrehzahlregelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Motordrehzahlregelvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 3 und 4 jeweils Blockschaltbilder verschiedener herkömmlicher Motordrehzahlregelvorrichtungen.
Die Fig. 3 und 4 sind eingangs bereits erläutert worden.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Drehzahlregelsystem eine Drehzahlregelschleife und eine Stromregelnebenschleife. Die Drehzahlregelschleife umfaßt ihrerseits einen Drehzahldetektor 14 zum Detektieren oder Messen der Drehzahl eines über eine Welle 12 mit einer Last 11 verbundenen Gleichstrommotors 13, eine erste Subtrahierstufe 15 zum Ableiten einer Differenz zwischen einer Führungsdrehzahlgröße (command speed value) und einer durch den Drehzahldetektor 14 ermittelten Meßdrehzahlgröße (detected speed value) sowie eine(n) Drehzahlregler(einheit) 16 zum Abnehmen einer Meldung (indication) einer Drehzahldifferenz von der ersten Subtrahierstufe 15 und zum Liefern einer Führungsstromgröße auf der Grundlage einer gegebenen Regeltheorie. Die Stromregelnebenschleife umfaßt einen Stromdetektor 17 zum Detektieren des im Motor 13 fließenden Stroms, eine zweite Substrahierstufe 18 zum Ableiten einer Differenz zwischen der vom Drehzahlregler 16 gelieferten Führungsstromgröße und der durch den Stromdetektor 17 detektierten Meßstromgröße sowie eine(n) Stromregler(einheit) 19 zum Abnehmen der Stromdifferenz von der zweiten Substrahierstufe 18 und zur Lieferung einer Führungsspannungsgröße zu einer Regelstromquelle (control power source) 20 auf der Grundlage der gegebenen Theorie.
Der Drehzahlregler 16 umfaßt eine Proportional- plus-(und-)Integralschaltung aus einem Proportionalelement KPS und einem Integralelement KIS/S, während andererseits der Stromregler 19 eine Proportional-plus-Integralschaltung aus einem Proportionalelement KPI und einem Integralelement KII/S aufweist.
Bei diesem Drehzahlregelsystem detektiert oder mißt die erfindungsgemäße Vorrichtung das an der Welle anliegende Drehmoment mittels der im folgenden beschriebenen Anordnung.
Ein Dehnungsmeßstreifen 21 und ein Übertrager (oder Geber) 22 sind an der Welle 12 angebracht, über welche der Motor 13 mit der Last 11 verbunden ist. Der Dehnungsmeßstreifen 21 mißt eine Größe der Dehnung oder mechanischen Spannung und liefert ein Meßsignal in Form eines elektrischen Signals. Der Übertrager 22 besteht hauptsächlich aus einem FM-Sender zum Abnehmen des Meßsignals vom Dehnungsmeßstreifen 21 und zum Übertragen bzw. Senden dieses Signals als frequenzmoduliertes bzw. FM-Funksignal. Der Dehnungsmeßstreifen 21 und der Übertrager 22 drehen sich mit der Welle mit. Ein an einer nichtdrehenden Seite vorgesehener Empfänger 23 empfängt das FM-Signal vom Übertrager 22 und demoduliert die FM-Welle als Meßsignal entsprechend der Größe der Dehnung (strain).
Der Dehnungsmeßstreifen 21 und der zugeordnete Übertrager 22 nebst Empfänger 23 bilden einen Drehmomentdetektor 25. Der Empfänger 23 im Drehmomentdetektor 25 liefert ein demoduliertes Meßsignal zu einer arithmetischen oder Rechenoperationsschaltung 24, die anhand der durch den Dehnungsmeßstreifen 21 gemessenen Dehnungsgröße eine Drehmomentgröße TS auf der Grundlage folgender physikalischer Formel ermittelt:
TS = (π/32)D³Gε (1)
In obiger Gleichung bedeuten:
D = Wellendurchmesser,
G = Querelastizitätsmodul und
ε = Dehnungsgröße.
Die Rechenoperationsschaltung wandelt diese Größe sodann über das Proportionalelement in ein elektrisches Signal um.
Das entsprechend dem vom Drehmomentdetektor 25 detektierten oder gemessenen Drehmoment durch die Rechenoperationsschaltung 24 erzeugte elektrische Signal wird in seinem Frequenzgang (response) durch eine Proportional- plus-Differentialschaltung 28 aus einem Proportionalkreis KPT und einem Differentialkreis KDT verbessert bzw. angehoben, und ein Resultat wird zu einem an einer Eingangsstufe des Stromreglers 19 vorgesehenen Addierer 26 rückgekoppelt. Der Addierer 26 addiert den elektrischen Strom entsprechend dem Wellendrehmoment zu einer vom Drehzahlregler 16 ausgegebenen Führungsstromgröße, d. h. er korrigiert die Führungsstromgröße, und er liefert eine Additionsgröße oder einen Additionswert zur ersten Subtrahierstufe 18 in der Stromregelnebenschleife.
Im folgenden ist die Funktion bzw. Arbeitsweise der Motordrehzahldetektorvorrichtung mit dem obigen Aufbau erläutert.
Zunächst sei folgende Beziehung betrachtet:
TG = TACC + TS (2)
Darin bedeuten:
TG = Erzeugungsdrehmoment des Motors,
TACC = Beschleunigungsdrehmoment des Motors und
TS = auf die Welle einwirkendes oder an ihr anliegendes Drehmoment.
Die Stromregelnebenschleife regelt allgemein einen Drehmomentstrom (torque current), und da dieser dem Erzeugungsdrehmoment (oder erzeugten Drehmoment) proportional ist, regelt sie letztlich das Erzeugungsdrehmoment. Das Beschleunigungsdrehmoment ist auf die Differenz zwischen dem erzeugten Drehmoment TG und dem Wellendrehmoment TS bezogen.
Das Beschleunigungsdrehmoment TACC bestimmt sich somit zu:
TACC = TG - TS (3)
Wenn ein Zielobjekt, auf welches das Wellendrehmoment einwirkt, gesteuert oder geregelt werden soll, ist es idealerweise zweckmäßig, das Erzeugungsdrehmoment TP unmittelbar gleich dem Wellendrehmoment TS zu regeln. In diesem Fall wird Gleichung (3) zu:
TACC = 0 (4)
Der differentiale Teil der Wellendrehmomentrückkopplung entsprechend dem Ausgang oder Ausgangssignal vom Differentialkreis 28 repräsentiert die Schwingungsgeschwindigkeit zwischen Last und Motor. Dieser (Kreis) liefert sodann eine Führungsstromgröße, welche das Erzeugungsdrehmoment TG korrigiert, wodurch Schwingung aufgrund von auf die Welle 12 einwirkenden Torsionsänderungen weiter verhindert oder unterdrückt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine dem Wellendrehmoment entsprechende Komponente zu korrigieren. Dabei wird das vom Drehmomentdetektor 25 gelieferte Rückkopplungssignal zu einem Führungsstrom- Korrektursignal einer (bestimmten) Art.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird das durch den Drehmomentdetektor auf der Grundlage der tatsächlichen physikalischen Erscheinung gemessene Wellendrehmoment in das Stromsignal umgewandelt. Das Stromsignal wird zum Addierer 26 an der Eingangsstufe des Stromreglers 19 rückgekoppelt, damit es zur Führungsstromgröße als Ausgangssignal vom Drehzahlregler 16 addiert werden kann, und das Additionsergebnis wird zur Stromregelnebenschleife rückgekoppelt, damit es als ein bzw. zu einem Führungskorrekturstrom korrigiert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, das Beschleunigungsdrehmoment des Motors zu regeln und damit die durch Torsion an der Welle 14 verursachte Schwingung auch dann zu verhindern oder zu unterdrücken, wenn diese Torsion in der Welle 12 entsteht.
Fig. 2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei den Teilen oder Elementen gemäß Fig. 1 entsprechende Teile oder Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nur noch die von Fig. 1 verschiedenen Abschnitte näher erläutert sind.
Bei der zweiten Ausführungsform ist gemäß Fig. 2 zwischen einem Drehmomentdetektor 25 und einer Rechenoperationsschaltung 24 ein Sieb- bzw. Filterkreis 27 zum Beseitigen von Störsignalen aus einem durch den Drehmomentdetektor 25 erfaßten Drehmomentsignal vorgesehen. Das störsignalfreie Signal wird vom Filterkreis 27 der Rechenoperationsschaltung 24 zugespeist.
Bei der Anordnung gemäß der zweiten Ausführungsform führt die Rechenoperationsschaltung 24 eine Rechenoperation am störsignalfreien Meßdrehmomentsignal durch und erzeugt oder liefert über diese arithmetische Proportional-plus- Differentialoperation eine angehobene (enhanced) Führungsstromkorrekturgröße.
Obgleich bei erster und zweiter Ausführungsform, wie beschrieben, die Wellentorsion am Dehnungsmeßstreifen 21, der als Drehmomentdetektor 25 an der Welle 12 montiert ist, detektiert oder gemessen, ein Detektions- oder Meßsignal von einem Übertrager (bzw. Sender) 22 zu einem Empfänger 23 übertragen und sodann (dieses Signal) zur Rechenoperationsschaltung 24 geliefert wird, kann auch eine beliebige andere Anordnung angewandt werden, sofern die auf die Welle 12 wirkende Torsion an einem "Rotationsteil" gemessen und zu einer "Nichtrotationsseite" oder "drehfesten Seite" übertragen werden kann. Beispielsweise kann die Wellentorsion dadurch ermittelt werden, daß ein "Licht"-Signal auf eine Achse der Welle gerichtet und eine Abweichung von einem Bezugspunkt, an welchem das Lichtsignal empfangen wird, erfaßt oder bestimmt wird.
Obgleich gemäß obiger Beschreibung die Rechenoperationsschaltung 24 vorgesehen ist zur Bestimmung des Wellendrehmoments anhand des Meßsignals entsprechend der Wellentorsion, kann eine solche Rechenoperation auch an der Seite des an der Welle 12 montierten Übertragers vorgenommen werden, anstatt an der Seite des Empfängers stattzufinden.
Obgleich gemäß obiger Beschreibung das durch den Drehzahldetektor 14 detektierte oder abgeleitete Drehzahlsignal zur ersten Subtrahierstufe 15, die unmittelbar an der Eingangsstufe des Drehzahlreglers 16 angeordnet ist, rückgekoppelt wird, kann im Rückkopplungssystem eine Kompensierschaltung vorgesehen sein, um eine Ansprechverzögerung in der Drehzahlregelung des Rückkopplungssystems zu kompensieren.
Obgleich gemäß der Beschreibung von erster und zweiter Ausführungsform ein Gleichstrommotor als Motor vorgesehen ist, kann gleichermaßen auch ein anderer Elektromotor verwendet werden, beispielsweise ein Wechselstrom-Induktionsmotor oder ein Wechselstrom-Synchronmotor, um bei diesem die Regelung des elektrischen Stroms oder des Drehmoments zu realisieren.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung wird das vom Drehmomentdetektor auf der Grundlage der tatsächlichen physikalischen Erscheinung gemessene Wellendrehmomentsignal als Führungsstromkorrektursignal zur Stromregelnebenschleife rückgekoppelt. Auf diese Weise ist es daher möglich, das Wellendrehmoment jederzeit genau zu korrigieren, auch wenn Änderung in der Last und in den Parametern aufgrund verschiedener physikalischer Erscheinungen im Betrieb von Motor und Last auftritt, so daß damit die durch Torsion an der Welle herbeigeführte Schwingung zuverlässig verhindert oder unterdrückt werden kann.

Claims (14)

1. Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines eine Last antreibenden Elektromotors, umfassend:
einen Drehzahlregelschritt zum Ermitteln oder Ableiten der Differenz zwischen einer Führungsdrehzahlgröße des Motors und einer gemessenen oder Meßdrehzahlgröße des Motors (13) und zum Erzeugen einer Führungsstromgröße des Motors (13) (bzw. für diesen) auf der Grundlage der Differenz,
einen Drehmomentmeßschritt zum Detektieren oder Messen eines auf eine Welle (12), welche den Motor mit der Last (11) verbindet, einwirkenden Drehmoments,
einen Addierschritt zum Addieren eines im Drehmomentmeßschritt erhaltenen Meßdrehmomentsignals zu der im Drehzahlregelschritt erhaltenen Führungsstromgröße, wobei das Meßdrehmomentsignal als Korrektursignal zur Regelung des Erzeugungsdrehmoments (bzw. erzeugten Drehmoments) des Motors (13) addiert wird,
einen Strommeßschritt zum Detektieren oder Messen eines Stroms im Motor (13) und
einen Stromregelschritt zum Regeln des Stroms im Motor (13) auf der Grundlage der Differenz zwischen der Führungsstromgröße, zu welcher das Meßdrehmomentsignal addiert ist, und der im Strommeßschritt erhaltenen Strommeßgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentmeßschritt einen Schritt zum Umwandeln der mittels eines Dehnungsmeßstreifens (21) gemessenen Torsion der Welle (12) in ein elektrisches Signal umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (11) ein(e) Walzmaschine bzw. -werk umfaßt.
4. Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines eine Last antreibenden Elektromotors, umfassend:
eine Stromregeleinheit (19) zum Regeln des Stroms im Motor (13),
eine an einer Welle (12), welche den Motor mit der Last (11) verbindet, montierte Drehmomentmeßeinheit (25),
eine Sieb- oder Filtereinheit (27) zum Beseitigen von Störsignal aus einem durch die Drehmomentmeßeinheit (25) detektierten oder gewonnenen Drehmomentsignal und
eine Eingabeeinheit zum Eingeben des über die Filtereinheit (27) erhaltenen Meßdrehmomentsignals in die Stromregeleinheit (19), wobei das Meßdrehmomentsignal ein Signal zum Regeln des Beschleunigungsdrehmoments des Motors (13) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßeinheit (25) einen Dehnungsmeßstreifen (21) zum Detektieren oder Messen von auf die Welle (12) einwirkender Torsion und zum Umwandeln derselben in ein elektromagnetisches Signal aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (11) ein(e) Walzmaschine bzw. -werk umfaßt.
7. Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines eine Last antreibenden Elektromotors, umfassend:
eine Drehzahlregeleinheit (16) zum Ermitteln oder Ableiten einer Differenz zwischen einer Führungsdrehzahlgröße des Motors (13) und einer gemessenen oder Meßdrehzahlgröße des Motors und zum Erzeugen einer Führungsstromgröße des Motors (bzw. für diesen) auf der Grundlage der Differenz,
eine Stromregeleinheit (19) zum Regeln des Stroms im Motor auf der Grundlage der Differenz zwischen der von der Drehzahlregeleinheit (16) erhaltenen Führungsstromgröße und einer im Motor (13) gemessenen Meßstromgröße,
eine an einer Welle (12), welche den Motor (13) mit der Last (11) verbindet, montierte Drehmomentmeßeinheit (25) zum Detektieren oder Messen des auf die Welle einwirkenden Drehmoments und
eine Addiereinheit (26) zum Addieren eines von der Drehmomentmeßeinheit (25) erhaltenen gemessenen oder Meßdrehmomentsignals zu einer von der Drehzahlregeleinheit (16) erhaltenen Führungsstromgröße, wobei das Meßdrehmomentsignal ein Korrektursignal zum Regeln des Erzeugungsdrehmoments (bzw. erzeugten Drehmomente) des Motors (13) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßeinheit (25) einen Dehnungsmeßstreifen (21) zum Detektieren oder Messen von auf die Welle (12) einwirkender Torsion und zum Umwandeln derselben in ein elektromagnetisches Signal aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (11) ein(e) Walzmaschine bzw. -werk umfaßt.
10. Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines eine Last antreibenden Motors, umfassend:
eine Drehzahlregeleinheit (16) zum Ermitteln oder Ableiten einer Differenz zwischen einer Führungsdrehzahlgröße des Motors (13) und einer gemessenen oder Meßdrehzahlgröße des Motors und zum Erzeugen einer Führungsstromgröße des Motors (bzw. für diesen) auf der Grundlage der Differenz,
eine Stromregeleinheit (19) zum Regeln des Stroms im Motor auf der Grundlage der Differenz zwischen der von der Drehzahlregeleinheit (16) erhaltenen Führungsstromgröße und einer im Motor (13) gemessenen Meßstromgröße,
eine an einer Welle (12), welche den Motor (13) mit der Last (11) verbindet, montierte Drehmomentmeßeinheit (25) zum Detektieren oder Messen des auf die Welle einwirkenden Drehmoments,
eine Sieb- oder Filtereinheit (27) zum Beseitigen von Störsignal aus einem von der Drehmomentmeßeinheit (25) erhaltenen Meßdrehmomentsignal und
eine Addiereinheit (26) zum Addieren des über die Filtereinheit (27) erhaltenen Meßdrehmomentsignals zu der von der Drehzahlregeleinheit (26) erhaltenen Führungsstromgröße, wobei das Meßdrehmomentsignal ein Korrektursignal zum Regeln des Beschleunigungsdrehmoments des Motors ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßeinheit (25) einen Dehnungsmeßstreifen (21) zum Detektieren oder Messen von auf die Welle (12) einwirkender Torsion und zum Umwandeln derselben in ein elektromagnetisches Signal aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (11) ein(e) Walzmaschine bzw. -werk umfaßt.
13. Vorrichtung zum Regeln (oder Steuern) eines eine Last antreibenden Motors, umfassend:
eine erste Subtrahierstufe (15) zum Ermitteln oder Ableiten einer Differenz zwischen einer Führungsdrehzahlgröße des Motors (bzw. für diesen) und einer gemessenen oder Meßdrehzahlgröße des Motors,
einen Drehzahlregler (16) zum Ausgeben einer Führungsstromgröße des Motors auf der Grundlage der durch die erste Subtrahierstufe (15) ermittelten Differenz,
eine zweite Subtrahierstufe (18) zum Ermitteln oder Ableiten einer Differenz zwischen einer vom Drehzahlregler (16) eingegebenen Führungsstromgröße und einer im Motor detektierten oder gemessenen Stromgröße,
einen Stromregler (19) zum Ausgeben einer Führungsspannungsgröße auf der Grundlage der durch die zweite Subtrahierstufe (18) ermittelten Differenz,
eine Regelstromquelle (20) zum Anlegen eines Spannungssignals entsprechend der vom Stromregler (19) erhaltenen Führungsspannungsgröße an den Motor (13) und zum Regeln des Stroms im Motor,
einen Dehnungsmeßstreifen (21) zum Detektieren oder Messen einer Größe des auf die Welle (12) einwirkenden Drehmoments als Meßdrehmomentsignal und zum Umwandeln desselben in ein auszugebendes elektrisches Signal,
einen an der den Motor mit der Last (11) verbindenden Welle montierten Übertrager (oder Sender) (22) zum Übertragen eines vom Dehnungsmeßstreifen (21) erhaltenen Meßsignals als Ausgangssignal,
einen an einem feststehenden Teil außerhalb des Motors montierten Empfänger (23) zum Empfangen des vom Übertrager (22) übertragenen Ausgangssignals,
eine Rechenoperationsschaltung (24) zur Durchführung einer arithmischen oder Rechenoperation an dem vom Empfänger (23) empfangenen Ausgangssignal zum Ermitteln (finding) des Drehmoments (auf diese Weise) und zum Umwandeln dieses Signals in ein Stromsignal sowie
einen Addierer (26) zum Addieren des durch die Rechenoperationsschaltung (24) ermittelten Stromsignals zu der vom Drehzahlregler (16) erhaltenen Führungsstromgröße.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (11) ein(e) Walzmaschine bzw. -werk umfaßt.
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