DE4318923A1 - Positions/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors - Google Patents

Positions/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positions­ steuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elek­ trischen Motors, wie einen Gleichstrommotor, einen Induktionsmotor oder einen Synchronmotor für den An­ trieb eines Mechanismus, wie den Arbeitstisch einer Werkzeugmaschine oder den Roboterarm eines elektri­ schen Industrieroboters.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Positions/- Steuerregeleinrichtung nach dem Stand der Technik, die bei dem "Symposiom for Small Motor Technology", Session B-4 im Jahr 1987 unter der Schirmherrschaft der "Japan Management Association" durchgeführt wur­ de. In Fig. 1 sind ein Gleichstrommotor 1a, ein Ge­ schwindigkeitsdetektor 4a, ein Positionsdetektor 4b, ein Subtrahierer 5a, ein Positionssteuer/Regelkreis 5b, ein Kreis 5c zum Erzeugen eines Vorkoppelsignals, ein Addierer 5d, eine Subtrahierer 9a, ein Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 9b, ein Umformerkreis 13 und ein Erzeugungskreis für ein Drehwinkel-Befehls­ signal dargestellt.
Im Betrieb erzeugt der Positionssteuer/Regelkreis 5b ein Geschwindigkeitssignal ωms1. Der Subtrahierer 5a subtrahiert ein vom Positionsdetektor 4b erzeugtes aktuelles Drehwinkelsignal Rm von vom Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal gelieferten Dreh­ winkel-Befehlssignal Rms, um ein Drehwinkelabwei­ chungssignal ΔR (= Rms,-ωm) an den Drehwinkelsteu­ er/Regelkreis 5b zu geben. Dieser Kreis 5b erzeugt ein Geschwindigkeitsbefehlssignal ωms1.
Der Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindig­ keitssignal erzeugt ein Vorkoppelsignal ωms2. Das von dem Erzeugungskreis 15 des Rotationsdrehwinkel-Be­ fehlssignals erzeugte Drehwinkel-Befehlsignal Rms wird an den Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelge­ schwindigkeitssignal geliefert und dieser führt eine Differenzierung durch, um das Vorkoppelgeschwindig­ keitssignal ωms2 zu erhalten, das heißt die Änderungs­ geschwindigkeit des Drehwinkel-Befehlssignals Rms.
Der Addierer 5d addiert das Geschwindigkeitssteuersi­ gnal ωms1 und das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal ωms2 und erzeugt ein endgültiges Geschwindigkeitsbefehls­ signal ωms (= ωms1 + ωms2).
Wenn ein Regelsignal von dem Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 9b erzeugt wird, subtrahiert der Subtra­ hierer 9a die von dem Geschwindigkeitsdetektor 4a gelieferte aktuelle Geschwindigkeit von dem endgülti­ gen Geschwindigkeitsbefehlssignal ωms, um das Ge­ schwindigkeitsabweichungssignal Δω (= ωms-ωm) an den Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9b zu liefern und dieser erzeugt ein Drehmomentsignal. Ein Steuer/Re­ gelsignal wird zur Steuerung des Umformerkreises 13 an diesen gegeben, so daß das Ausgangsdrehmoment des Gleichstrommotors 1a mit dem Drehmomentsignal über­ einstimmt.
Da der Ankerstrom des Gleichstrommotors 1a wesentlich proportional zu dem Drehmoment variiert, ist der Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 9b intern mit einer Stromrückkopplungsschleife versehen, um die Ansprech­ eigenschaften des Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9b zu verbessern.
Wie allgemein bekannt ist, wird ein Regelsystem, das mit einer Geschwindigkeitsregelschleife und einer Stromregelschleife als Unterschleife versehen ist, um die Position der Ausgangswelle, d. h. den Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a abhängig von einem Regelsi­ gnal bei hoher Ansprechgeschwindigkeit variieren zu lassen, ein Kaskadenregelsystem genannt. Ein derarti­ ges Kaskadenregelsystem verlangt Unterschleifen, da­ mit es bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit arbei­ tet. Bei der Steuer/Regeleinrichtung nach Fig. 1 nach dem Stand der Technik zum Steuern/Regeln der Position der Ausgangswelle eines elektrischen Motors ist die Reihenfolge der Wichtigkeit der Hochgeschwindigkeits­ ansprecheigenschaften die Stromregelschleife, die Ge­ schwindigkeitsregelschleife und die Positionsregel­ schleife. Im allgemeinen ist der Übertragungsfaktor bzw. die Verstärkung des Regelsystems so bestimmt, daß die Ansprechgeschwindigkeit der Stromregelschlei­ fe ein Vielfaches der der Geschwindigkeitsregel­ schleife und die Ansprechfrequenz der Geschwindig­ keitsregelschleife ein Vielfaches derjenigen der Po­ sitionsregelschleife ist.
Somit ist eine Verbesserung der Ansprecheigenschaften der Geschwindigkeitsregelschleife notwendig, um die Ansprecheigenschaften der Positionsregelschleife zu verbessern. Die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik nach Fig. 1 ist zusätzlich mit einem Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwin­ digkeitssignal versehen, um die Ansprecheigenschaften der Positionsregelschleife zu verbessern. Der Erzeu­ gungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal liefert das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal ωms2 pro­ portional zu der Änderungsrate des Positionsbefehls­ signals Rms. Da die Betriebsgeschwindigkeit Rm des Gleichstrommotors eine Ableitung des Drehwinkels Rm, folgt der Drehwinkel Rm des Gleichstrommotors 1a dem Drehwinkel-Befehlssignal Rms, wenn der Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 9b den Gleichstrommotor 1a so steuert bzw. regelt, daß die aktuelle Geschwindigkeit ωm des Gleichstrommotors 1a mit dem Vorkoppelge­ schwindigkeitssignal ωms2 übereinstimmt.
Die vorbeschriebene Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik ist in der Lage, die Posi­ tion bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit aufgrund der Operation des Erzeugungskreises 5c des Vorkoppel­ geschwindigkeitssignals zu regeln, selbst wenn es schwierig ist, den Verstärkungsfaktor des Positions­ steuer/Regelkreises aufgrund von Beschränkungen, die von den Ansprecheigenschaften der Geschwindigkeits­ steuerschleife gegeben sind, zu erhöhen.
Da allerdings der Erzeugungskreis 5c für das Vorkop­ pelgeschwindigkeitssignal dieses durch Differenzie­ rung bestimmt, ändert sich die Geschwindigkeit plötz­ lich, wodurch eine plötzliche Änderung des Ausgangs­ drehmoments des Gleichstrommotors 1a bewirkt wird, wenn das Drehwinkel-Befehlssignal Rms sich nicht weich ändert. Wenn die Geschwindigkeit des Gleich­ strommotors, der beispielsweise eine Kugelschrauben­ welle für den Antrieb des Arbeitstisches einer Werk­ zeugmaschine antreibt, in einer derartigen Weise ge­ regelt wird, wird eine hohe Stoßkraft auf den Ar­ beitstisch aufgebracht, wodurch die Maschine die Schwingungen und Geräusche erzeugen kann.
Wenn darüber hinaus die Kugelschraubenwelle, die als Element eines Drehmomentübertragungsmechanismus dient, eine relativ geringe Steifheit aufweist oder das Re­ duktionsgetriebe der Werkzeugmaschine ein Flanken­ spiel hat, können große mechanische Schwingungen er­ zeugt werden, wenn die Ansprechfrequenz der Geschwin­ digkeitsregelschleife erhöht wird. Somit muß die An­ sprechfrequenz der Geschwindigkeitsregelschleife, die einen einen Arbeitstisch über einen Drehmomentüber­ tragungsmechanismus antreibenden elektrischen Motor regelt, niedriger sein als diejenige der Geschwindig­ keitsregelschleife, wenn nur der elektrische Motor geregelt wird. Das Kraftmoment, das auf den Roboter­ arm eines elektrischen Industrieroboters wirkt, vari­ iert entsprechend der Position des Roboterarms und wenn der elektrische Motor für den Antrieb des Robo­ terarms eines elektrischen Industrieroboters verwen­ det wird, verringert sich die Ansprechfrequenz der Geschwindigkeitsregelschleife, wenn das Trägheitsmo­ ment des Roboterarmes erhöht wird. Bei diesen Umstän­ den kann die Betriebsgeschwindigkeit des elektrischen Motors nicht dem Vorkoppelgeschwindigkeitssignal fol­ gen und das Überschwingen der Antwort auf das Dreh­ winkel-Regelbefehlssignal, d. h. auf einen Positions­ regelbefehl, tritt selbst dann auf, wenn das Vorkop­ pelgeschwindigkeitssignal durch den Erzeugungskreis für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal bestimmt ist, da die Ansprechgeschwindigkeit der Geschwindigkeits­ regelschleife gering ist.
Unter Berücksichtigung der vorhergehenden Beschrei­ bung ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/- Regeln eines elektrischen Motors zu schaffen, der in der Lage ist, bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit zu arbeiten, ohne die Erzeugung von mechanischen Schwingungen durch die von dem elektrischen Motor angetriebene Maschine zu bewirken.
Weiterhin soll die Positionssteuer/Regeleinrichtung in der Lage sein, eine feste Ansprechfrequenz auf­ recht zu erhalten, selbst wenn das Trägheitsmoment der Last auf den elektrischen Motor variiert.
Weiterhin soll die Steuer/Regeleinrichtung in der Lage sein, bei zufriedenstellenden Ansprecheigen­ schaften für die Positionssteuerung/Regelung zu ar­ beiten, selbst wenn ein Drehwinkel-Befehlssignal oder ein Lastmoment variiert.
Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Positionssteuer/Regeleinrich­ tung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors für den Antrieb eines mechanischen Systems, das einen Drehmomentübertragungsmechanismus und einen Lastme­ chanismus umfaßt, zu schaffen, die in der Lage ist, den elektrischen Motor mit hoher Ansprechgeschwindig­ keit zu steuern bzw. zu regeln, selbst wenn das me­ chanische System aufgrund von unzureichender Starrheit des Drehmomentübertragungssystems oder auf­ grund von Flankenspielen zwischen den Zahnrädern des Drehmomentübertragungsmechanismus mechanische Schwin­ gungen erzeugen könnte.
Weiterhin soll die Positionssteuer- und Regeleinrich­ tung in der Lage sein, den elektrischen Motor weich anzutreiben, so daß das Ausgangsdrehmoment des elek­ trischen Motors sich nicht plötzlich ändert und me­ chanische Schwingungen und Geräusche nicht erzeugt werden durch Vorsehen eines graduell sich ändernden Antriebssignals zum Antreiben des elektrischen Mo­ tors, selbst wenn ein Drehwinkel-Befehlssignal sich plötzlich ändert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzei­ chnenden Merkmale des Hauptanspruchs und der neben­ geordneten Ansprüche gelöst.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steu­ ern/Regeln eines elektrischen Motors vorgesehen, der umfaßt:
  • 1) einen ersten Positionssteuer/Regelkreis, der ein erstes Geschwindigkeitssignal auf der Grundlage eines Drehwinkel-Befehlssignals und eines aktu­ ellen Drehwinkelsignals erzeugt,
  • 2) einen Simulationskreis für das mechanische Sy­ stem, das den elektrischen Motor, einen Drehmo­ menttransmissionsmechanismus und eine Lastma­ schine durch zwei Integrationselemente approxi­ miert und ein simuliertes Geschwindigkeitssignal und ein simuliertes Drehwinkelsignal erzeugt,
  • 3) einen zweiten Positionssteuer/Regelkreis, der ein zweites Geschwindigkeitssignal auf der Grundlage des Drehwinkel-Befehlssignals und ei­ nes simulierten Drehwinkelsignals erzeugt,
  • 4) einen Addierer, der das erste Geschwindigkeits­ signal und das zweite Geschwindigkeitssignal addiert und ein drittes Geschwindigkeitssignal erzeugt,
  • 5) einen ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, der ein erstes Drehmomentsignal auf der Grundla­ ge des dritten Geschwindigkeitssignals und eines aktuellen Geschwindigkeitssignals, das von einem Rotationsdetektor geliefert wird und die aktuel­ le Betriebsgeschwindigkeit des Motors darstellt, erzeugt,
  • 6) einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, der ein zweites Drehmomentsignal auf der Grund­ lage des zweiten Geschwindigkeitssignals und des simulierten Geschwindigkeitssignals erzeugt,
  • 7) einen dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, der ein drittes Drehmomentsignal auf der Grund­ lage des simulierten Geschwindigkeitssignals und des aktuellen Geschwindigkeitssignals erzeugt, und
  • 8) eine Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln des Ausgangsdrehmoments des elektrischen Motors auf der Grundlage des ersten Drehmomentsignals, des zweiten Drehmomentsignals und des dritten Drehmomentsignals.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors entspre­ chend dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, die weiterhin einen Verstärkungsfaktor­ korrekturkreis zum Korrigieren der Integrationszeit­ konstante des Simulationskreises für das mechanische System und des Übertragungsfaktors des zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises auf der Grundlage des dritten Drehmomentsignals, das von dem dritten Steuer/Regelkreis geliefert wird, umfaßt.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln des elektrischen Motors vorgese­ hen, die umfaßt:
  • 1) einen ersten Positions/Regelkreis, der ein er­ stes Geschwindigkeitssignal auf der Grundlage eines Drehwinkel-Befehlssignals und eines aktu­ ellen Drehwinkelsignals erzeugt, das den Dreh­ winkel des elektrischen Motors darstellt,
  • 2) einen Simulationskreis für das mechanische Sy­ stem, das den elektrischen Motor, den Drehmo­ mentübertragungsmechanismus und eine Lastmaschi­ ne auf zwei Integrationselemente approximiert und ein simuliertes Geschwindigkeitssignal und ein simuliertes Drehwinkelssignal erzeugt,
  • 3) einen zweiten Positionssteuer/Regelkreis, der ein zweites Geschwindigkeitssignal auf der Grundlage des Drehwinkel-Befehlssignals und des simulierten Drehwinkelsignals erzeugt,
  • 4) einen Addierer, der das erste Geschwindigkeits­ signal und das zweite Geschwindigkeitssignal zur Erzeugung eines dritten Geschwindigkeitssignals addiert,
  • 5) einen ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, der ein erste Drehmomentsignal auf der Grundlage des dritten Geschwindigkeitssignals und eines von einem Rotationsdetektor gelieferten und die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Motors dar­ stellenden aktuellen Geschwindigkeitssignals erzeugt,
  • 6) einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, der ein zweites Drehmomentsignal auf der Grund­ lage des zweiten Geschwindigkeitssignals und des simulierten Geschwindigkeitssignals erzeugt,
  • 7) einen dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, der ein drittes Drehmomentsignal auf der Grund­ lage des simulierten Geschwindigkeitssignals und des aktuellen Geschwindigkeitssignals erzeugt und
  • 8) eine Steuer/Regelvorrichtung, die das Ausgangs­ drehmoment des elektrischen Motors auf der Grundlage des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals erzeugt.
Entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung eines elektrischen Motors nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorge­ sehen, die einen Korrekturkreis zum Korrigieren der Integrationszeitkonstanten des Simulationskreises für das mechanische System und des Verstärkungsfaktors des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises auf der Grundlage des dritten Drehmomentsignals aufweist, das von dem dritten Geschwindigkeitssteuerkreis ge­ liefert wird.
Entsprechend einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung eines elektrischen Motors vor­ gesehen, die umfaßt:
  • 1) einen Berechnungskreis für ein Vorkoppelsignal, das ein simuliertes Drehwinkelsignal, ein simu­ liertes Geschwindigkeitssignal und ein simulier­ tes Drehmomentsignal auf der Grundlage eines Drehwinkel-Befehlssignals erzeugt,
  • 2) einen Positionssteuer/Regelkreis, der ein erstes Geschwindigkeitssignal auf der Grundlage des simulierten Drehwinkelsignals und eines aktuel­ len Drehwinkelsignals erzeugt, das von einem Rotationsdetektor geliefert wird und den aktuel­ len Drehwinkel darstellt,
  • 3) einen Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, der ein erstes Drehmomentsignal auf der Grundlage des simulierten Geschwindigkeitssignals, des ersten Geschwindigkeitssignals und das von dem Rota­ tionsdetektor gelieferten aktuellen Geschwindig­ keitssignal erzeugt und
  • 4) eine Steuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln des Ausgangsdrehmomentes des elektrischen Motors auf der Grundlage des simulierten Drehmomentsi­ gnals und des ersten Drehmomentsignals.
Entsprechend einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Positionssteuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors nach dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschla­ gen, die einen Korrekturkreis für die Korrektur von Steuer/Regelparametern für den Berechnungskreis des Vorkoppelsignals auf der Grundlage eines Geschwindig­ keitsabweichungssignals aufweist, das die Abweichung des aktuellen Geschwindigkeitssignals von dem simu­ lierten Geschwindigkeitssignals darstellt.
Wie oben bemerkt wurde, erzeugt der erste Positions­ steuer/Regelkreis der Positionssteuer/Regelvorrich­ tung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung das Geschwindigkeitssignal, der zweite Posi­ tionssteuer/Regelkreis zur Steuerung des Simulations­ kreises für das mechanische System erzeugt das zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelsignal, der Addierer ad­ diert das erste Geschwindigkeitssignal und das zweite Geschwindigkeitssignal und liefert ein drittes Ge­ schwindigkeitssignal an den ersten Geschwindigkeits­ steuer/Regelkreis und dann erzeugt der erste Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis ein erstes Drehmo­ mentsignal. In ähnlicher Weise erzeugt der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis bei Empfang des zweiten Geschwindigkeitssignals das zweite Drehmo­ mentsignal. Der dritte Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreis erzeugt das dritte Drehmomentsignal. Dann steu­ ert die Steuer/Regelvorrichtung den elektrischen Mo­ tor so, daß das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors mit dem endgültigen Drehmomentsignal überein­ stimmt, das durch Addieren des ersten Drehmomentsi­ gnals, des zweiten Drehmomentsignals und des dritten Drehmomentsignals erhalten wurde.
Der Korrekturkreis der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung empfängt das dritte Drehmomentsignal von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, korrigiert die Integrationszeitkonstante des Simulationskreises für das mechanische System, um den absoluten Wert einer Signalkomponente proportional zu der Abweichung des in dem dritten Drehmomentsignals enthaltenen ak­ tuellen Geschwindigkeitssignals von dem simulierten Geschwindigkeitssignal zu reduzieren und korrigiert mindestens den Verstärkungsfaktor des zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises entsprechend der Integrationszeitkonstanten.
Der erste Positionssteuer/Regelkreis in der Posi­ tionssteuer/Regeleinrichtung nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt das Geschwindig­ keitssignal, der zweite Positionssteuer/Regelkreis zum Steuern des Simulationskreises für das mechani­ sche System erzeugt das zweite Geschwindigkeitssi­ gnal, der Addierer addiert das erste Geschwindig­ keitssignal und das zweite Geschwindigkeitssignal und liefert die Summe an den ersten Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreis, der das erste Drehmomentsignal er­ zeugt. In ähnlicher Weise erzeugt der zweite Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis das zweite Drehmo­ mentsignal bei Empfang des zweiten Geschwindigkeits­ signals. Der dritte Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis erzeugt das dritte Drehmomentsignal. Daraufhin steu­ ert bzw. regelt die Steuer/Regelvorrichtung den elek­ trischen Motor, so daß das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors mit dem endgültigen Drehmomentsi­ gnal übereinstimmt, das durch Addieren des ersten und des zweiten Drehmomentsignals erhalten wird.
Der Korrekturkreis der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung empfängt das dritte Drehmomentsignal von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, korrigiert die Integrationszeitkonstante des Simulationskreises für das mechanische System, um den absoluten Wert einer Signalkomponente proportional zu der Abweichung des aktuellen Geschwindigkeitssignals, das in dem dritten Drehmomentsignal enthalten ist, von dem simu­ lierten Geschwindigkeitssignal zu reduzieren und kor­ rigiert mindestens die Verstärkung des zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises entsprechend der Integrationszeitkonstanten.
Der Berechnungskreis für das Vorkopplungssignal in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt das simu­ lierte Drehwinkelsignal mit vorbestimmten Ansprech­ eigenschaften in bezug auf das Drehwinkel-Befehlssi­ gnal, das simulierte Geschwindigkeitssignal und das simulierte Drehmomentsignal. Der Positionssteuer/Re­ gelkreis bestimmt das erste Geschwindigkeitssignal auf der Grundlage des simulierten Drehwinkelsignals und des aktuellen Drehwinkelsignals, das den aktuel­ len Drehwinkel des elektrischen Motors darstellt und von dem Rotationsdetektor geliefert wird. Darüber hinaus bestimmt der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis das erste Drehmomentsignal auf der Grundlage des si­ mulierten Geschwindigkeitssignals und des aktuellen Drehwinkelsignals, das von dem Rotationsdetektor ge­ liefert wird. Die Steuer/Regelvorrichtung steuert den Motor, daß das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors mit dem endgültigen Drehmomentsignal überein­ stimmt, das durch Addieren des simulierten Drehmo­ ments und des ersten Drehmoments erhalten wird.
Der Korrekturkreis der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung in dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung korrigiert Steuer/Regelparameter für den Berech­ nungskreis des Vorkoppelsignals entsprechend der Än­ derung des Trägheitsmoments der Lastmaschine, so daß der absolute Wert des Abweichungssignals, das die Abweichung des aktuellen Geschwindigkeitssignals von dem aktuellen Geschwindigkeitssignal darstellt, ver­ ringert wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Positions­ steuer/Regeleinrichtung zum Steuern/- Regeln eines elektrischen Motors nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ersten Posi­ tionssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 2 enthalten ist,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines ersten Simu­ lationskreises für das mechanische System, das in der Positionssteuer/- Regeleinrichtung nach Fig. 2 enthalten ist,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zweiten Po­ sitionssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 2 enthalten ist,
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines ersten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach Fig. 2 enthalten ist,
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach Fig. 2 enthalten ist,
Fig. 8 ein Blockschaltbild eines dritten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach Fig. 2 enthalten ist,
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Drehmoment­ steuer/Regelkreises, der in der Posi­ tionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 2 enthalten ist,
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung,
Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Simulations­ kreises für ein mechanisches System, das in der Positionssteuer/Regelein­ richtung nach Fig. 10 enthalten ist,
Fig. 12 ein Blockschaltbild eines zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach Fig. 10 enthalten ist,
Fig. 13 ein Blockschaltbild eines dritten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach Fig. 10 enthalten ist,
Fig. 14 ein Blockschaltbild eines Korrektur­ kreises, der in der Positionssteuer/- Regeleinrichtung nach Fig. 10 enthal­ ten ist,
Fig. 15 ein Blockschaltbild eines Geschwindig­ keitsregelsystems, das den zweiten Geschwindigkeitssteuerkreis und den Simulationskreis für das mechanische System umfaßt, die in der Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach Fig. 10 enthalten sind,
Fig. 16 ein Bode-Diagramm für das Geschwindig­ keitsregelsystem nach Fig. 15;
Fig. 17(a) und 17(b) Kurvendarstellungen, die zur Er­ läuterung des Prinzips der Be­ triebsweise des zweiten Korrek­ turkreises nach Fig. 14 dienen,
Fig. 18 ein Blockschaltbild einer Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Er­ findung,
Fig. 19 ein Blockschaltbild eines Simulations­ kreises für das mechanische System, der in der Positionssteuer/Regelein­ richtung nach Fig. 18 enthalten ist,
Fig. 20 ein Blockschaltbild eines Drehmoment­ steuer/Regelkreises, der in der Posi­ tionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 18 enthalten ist,
Fig. 21 ein Blockschaltbild eines Geschwindig­ keitsregelsystems, das einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis und den Simulationskreis für das mechani­ sche System umfaßt, die in der Posi­ tionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 18 enthalten sind,
Fig. 22 ein Blockschaltbild einer Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach einem siebenten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung,
Fig. 23 ein Blockschaltbild eines Simulations­ kreises für das mechanische System, das in der Positionssteuer/Regelein­ richtung nach Fig. 22 enthalten ist,
Fig. 24 ein Blockschaltbild einer Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach einem zwölften Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung,
Fig. 25 ein Blockschaltbild eines Berechnungs­ kreises für das Vorkoppelsignal, der in der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach Fig. 24 enthalten ist,
Fig. 26 ein Blockschaltbild eines Positions­ steuer/Regelkreises, der in der Posi­ tionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 24 enthalten ist,
Fig. 27 ein Blockschaltbild eines Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 24 enthalten ist,
Fig. 28 ein Blockschaltbild eines Drehmoment­ steuer/Regelkreises, der in der Posi­ tionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 24 enthalten ist,
Fig. 29 ein Blockschaltbild, das die Betriebs­ weise des Berechnungskreises für das Vorkoppelsignal nach Fig. 25 erläu­ tert,
Fig. 30 ein Blockschaltbild einer Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 31 ein Blockschaltbild eines Berechnungs­ kreises für das Vorkoppelsignal, der in der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach Fig. 30 enthalten ist,
Fig. 32 ein Blockschaltbild eines Korrektur­ kreises, der in der Positionssteuer/- Regeleinrichtung nach Fig. 30 enthal­ ten ist,
Fig. 33 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Betriebsweise des Berechnungskrei­ ses für das Vorkoppelsignal nach Fig. 31, und
Fig. 34(a) und 34(b) Kennlinien zur Erläuterung der Betriebsweise des Korrekturkrei­ ses nach Fig. 32.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er­ findung werden jetzt unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen Bau­ elemente, die identisch oder entsprechend den Bauele­ menten, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrie­ ben wurden, sind, mit den gleichen Bezugszeichen ver­ sehen und ihre Beschreibung wird zur Vermeidung von Wiederholungen weggelassen.
1. Ausführungsbeispiel
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern eines elektrischen Motors entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 9 beschrieben. Die Positionssteuer/Regeleinrichtung steuert einen Gleichstrommotor 1a, der mit einer Lastmaschine 3 mit einem Drehmomentübertragungsmechanismus 2 verriegelt ist und weist einen Umformerkreis 13 auf, der iden­ tisch mit dem Umformerkreis 13 der Positionssteuer/- Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik ist.
Zusätzlich zu den mit der Positionssteuer/Regelein­ richtung nach dem Stand der Technik identischen Bau­ teilen umfaßt die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Fig. 2 einen Drehmomentübertragungsmechanismus 2, eine Lastmaschine 3, einen Rotationsdetektor 4 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit und des Drehwinkels des Gleichstrommotors 1a, einen ersten Positionssteu­ er/Regelkreis 5, einen Simulationskreis 6a eines me­ chanischen Systems, einen zweiten Positionssteuer/- Regelkreis 7, einen Addierer 8, einen ersten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 9, einen zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a, einen dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a, einen Drehmo­ mentsteuerkreis 12 und einen Kreis 15 zum Erzeugen eines Drehwinkel-Befehlssignals.
Der Rotationsdetektor 4 besteht beispielsweise aus einem Geschwindigkeitssensor, wie einem Tachogenera­ tor und einem Positionsdetektor, wie einem Kodierer. Eine Drehmomentsteuereinrichtung zum Steuern des Drehmoments des Gleichstrommotors 1a besteht aus dem Drehmomentsteuerkreis 12 und dem Umformerkreis 13.
Fig. 3 zeigt den ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 nach Fig. 2, der einen mit dem Kreis 15 zur Erzeugung des Drehwinkel-Befehlssignals verbundenen Eingangsan­ schluß 21, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbun­ denen Eingangsanschluß 22, einen mit dem Eingangsan­ schluß 21 und dem Eingangsanschluß 22 verbundenen Subtrahierer 23, einen mit dem Subtrahierer 23 ver­ bundenen Koeffizientenmultiplizierer 24 und einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 24 verbundenen Aus­ gangsanschluß umfaßt.
Fig. 4 zeigt den Simulationskreis 6a für das mechani­ sche System und umfaßt einen mit dem zweiten Ge­ schwindigkeitssteuerkreis 10a verbundenen Eingangs­ anschluß, einen mit dem Eingangsanschluß 26 verbunde­ nen Integrierer 27, einen mit dem Integrierer 27 ver­ bundenen Integrierer 28, einen mit dem Integrierer 27 verbundenen Ausgangsanschluß 29 und einen mit dem Integrierer 28 verbundenen Ausgangsanschluß 30.
Fig. 5 zeigt den zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7, der einen mit dem Kreis 15 zur Erzeugung des Dreh­ winkel-Befehlssignals verbundenen Eingangsanschluß 31, einen mit dem Simulationskreis 6a für das mecha­ nische System verbundenen Eingangsanschluß 32, einen mit den Angangsanschlüssen 31 und 32 verbundenen Sub­ strahierer 33, einen mit dem Subtrahierer 33 verbun­ denen Koeffizientenmultiplizierer 34 und einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer verbundenen Ausgangs­ anschluß 35 umfaßt.
Fig. 6 zeigt den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreis 9, der einen mit dem Addierer 8 verbundenen Eingangsanschluß 41, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 42, einen mit dem Ein­ gangsanschluß 41 und dem Eingangsanschluß 42 verbun­ denen Substrahierer 43, einen mit dem Subtrahierer 43 verbundenen Integrierer 44, einen mit dem Subtrahie­ rer 43 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 45, einen mit dem Integrierer 44 und dem Koeffizienten­ multiplizierer 45 verbundenen Addierer 46, einen mit dem Addierer 46 verbundenen Begrenzungskreis 47 und einen mit dem Begrenzungskreis 47 verbundenen Aus­ gangsanschluß 48 umfaßt.
Fig. 7 zeigt den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Re­ gelkreis 10a, der einen mit dem zweiten Positions­ steuer/Regelkreis 7 verbundenen Eingangsanschluß 51, einen mit dem Simulationskreis 6a für das mechanische System verbundenen Eingangsanschluß 52, einen mit den Eingangsanschlüssen 51 und 52 verbundenen Subtrahie­ rer 53, einen mit dem Subtrahierer 53 verbundenen Integrierer 54, einen mit dem Subtrahierer verbunde­ nen Koeffizientenmultiplizierer 55, einen mit dem Integrierer 54 und dem Koeffizientenmultiplizierer 55 verbundenen Addierer 56, einen mit dem Addierer 56 verbundenen Begrenzungskreis 57 und einen mit dem Begrenzungskreis 57 verbundenen Ausgangsanschluß 58 umfaßt.
In Fig. 8 ist der dritte Geschwindigkeitssteuer/Re­ gelkreis 11a dargestellt, der einen mit dem Simula­ tionskreis 6a für das mechanische System verbundenen Eingangsanschluß 60, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 61, einen mit den Ein­ gangsanschlüssen 60, 61 verbundenen Subtrahierer 62, einen mit dem Subtrahierer 62 verbundenen Integrierer 63, einen mit dem Subtrahierer 62 verbundenen Koeffi­ zientenmultiplizierer 64, einen mit dem Integrierer 63 und dem Koeffizientenmultiplizierer 64 verbundenen Addierer 65 und einen mit dem Addierer 65 verbundenen Ausgangsanschluß 66 umfaßt.
Fig. 9 zeigt den Drehmomentsteuerkreis 12, der einen mit dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 verbundenen Eingangsanschluß 70a, einen mit dem zwei­ ten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a verbundenen Eingangsanschluß 70b, einen mit dem dritten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 11a verbundenen Eingangs­ anschluß 70c, einen mit einem Stromdetektor verbunde­ nen Eingangsanschluß 70d (nicht dargestellt), einen mit den Eingangsanschlüssen 70a, 70b und 70c verbunde­ nen Addierer 71, einen mit dem Addierer 71 verbunde­ nen Begrenzungskreis 72, einen mit dem Begrenzungs­ kreis 72 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 73, einen mit dem Eingangsanschluß 70d und dem Koeffi­ zientenmultiplizierer 73 verbundenen Subtrahierer 74, einen mit dem Subtrahierer 74 verbundenen Integrie­ rer, einen mit dem Subtrahierer 74 verbundenen Koef­ fizientenmultiplizierer 76, einen mit dem Integrierer 75 und dem Koeffizientenmultiplizierer 76 verbundenen Addierer 77, einen mit dem Addierer 77 verbundenen PWM-Kreis 78 und einen mit dem PWM-Kreis 78 verbunde­ nen Eingangsanschluß 79 aufweist.
Vor der Beschreibung der Betriebsweise der Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach dem ersten Ausführungs­ beispiel wird das Steuerprinzip des Drehwinkels, d. h. der Position des Gleichstrommotors 1a in Verbindung mit einem Steuersystem beschrieben, das die Komponen­ ten nach Fig. 2 mit der Ausnahme des Simulationskrei­ ses 6a für das mechanische System, des zweiten Posi­ tionssteuer/Regelkreises 7, des zweiten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises 10a und des dritten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises 11a aufweist.
Wie oben erwähnt, ist das Steuersystem ein Steuersy­ stem gemeinsamer Position mit einer Geschwindigkeits­ steuerschleife als Unterschleife. Wenn, wie bekannt ist, der Drehmomentübertragungsmechanismus 2 (Fig. 2) eine relativ niedrige Steifheit aufweist, werden durch die mechanische Resonanz große Schwingungen erzeugt, wenn der Übertragungsfaktor (Verstärkung) des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 er­ höht wird, um die Ansprechgeschwindigkeit des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 zu erhöhen. In einem solchen Fall ist es schwierig, die Antwortfre­ quenz der Geschwindigkeitssteuerschleife, d. h. der Unterschleife, zu erhöhen und somit ist es schwierig, die Antwortfrequenz der Positionssteuerschleife zu erhöhen.
Ein den Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a darstel­ lendes Signal Rm des aktuellen Drehwinkels und ein aktuelles Geschwindigkeitssignal ωm die von dem Ro­ tationsdetektor 4 geliefert werden, werden jeweils dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 und dem er­ sten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 zugeführt. Wenn diese Signale Schwingungskomponenten entspre­ chend den durch die mechanische Resonanz erzeugten Schwingungen aufweisen, werden die Schwingungskompo­ nenten durch den ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 und den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 jeweils verstärkt. Daher können die Antwortfrequenzen der Positionssteuerschleife und der Geschwindigkeits­ steuerschleife nicht erhöht werden.
Um ein derartiges Problem zu lösen, steuert bzw. re­ gelt die vorliegende Erfindung den Gleichstrommotor 1a in einer Parallelregelung. Der Simulationskreis 6a für das mechanische System, der das mechanische Sy­ stem bestehend aus dem Gleichstrommotor 1a, dem Dreh­ momentübertragungsmechanismus 2 und der Lastmaschine 3 durch zwei Integrationselemente approximiert, wird dargestellt durch:
ωa=τ2/Js, Ra=ωa/S (1)
wobei τ2 ein zweites Drehmomentsignal ist, ωa ein si­ muliertes Geschwindigkeitssignal ist, Ra ein simu­ liertes Drehwinkelsignal ist, Js das Trägheitsmoment des mechanischen Systems ist. Wie in Fig. 4 gezeigt wird, umfaßt der Simulationskreis 6a für das mechani­ sche System einen Integrierer 27, der das zweite Drehmomentsignal τ2 integriert und ein simuliertes Geschwindigkeitssignal ωa liefert, und den Integrie­ rer 28, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa integriert und das simulierte Drehwinkelsignal Ra vorsieht. Der Simulationskreis 6a für das mechanische System approximiert die Drehmomentübertragungseigen­ schaften des mechanischen Systems auf ideale Integra­ tionselemente, wobei mechanische Resonanzen außer acht gelassen werden.
Der zweite Positionssteuer- bzw. Regelkreis 7 und der zweite Geschwindigkeitssteuer- bzw. Regelkreis 10a, die in ihrem Aufbau dem ersten Positionssteuer/Regel­ kreis 5 und dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreis 9 jeweils entsprechen, steuern den Simulations­ kreis 6a für das mechanische System. Der zweite Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a liefert das zwei­ te Drehmomentsignal τ2 an den Simulationskreis 6a für das mechanische System. Die jeweiligen Übertragungs­ faktoren (Verstärkungen) des zweiten Positionssteu­ er/Regelkreises 7 und des zweiten Geschwindigkeits­ steuer/Regelkreises 10a sind so bestimmt, daß die gewünschten Antwortfrequenzen für den zweiten Posi­ tionssteuer/Regelkreis 7 und den zweiten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 10a gesetzt werden. Wenn der Gleichstrommotor 1a geregelt wird, so daß das Aus­ gangsdrehmoment mit einem Drehmomentsignal überein­ stimmt, das durch Addieren eines ersten Drehmomentsi­ gnals τ1 von dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreis 9 mit dem zweiten Drehmomentsignal τ2 von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a erhal­ ten wird, kann die Geschwindigkeitssteuerung bzw. Regelung bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit durchgeführt werden, selbst wenn die Antwortfrequenz des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 zur Vermeidung der Erzeugung von Schwingungen durch me­ chanische Resonanz verringert wird, da ein zur Steue­ rung bzw. Regelung der Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a bei einer gewünschten Antwort­ frequenz notwendiges Drehmoment durch das zweite Drehmomentsignal τ2 spezifiziert wird. Somit sieht der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a ein zweites Drehmomentsignal τ2 in einem Parallelrege­ lungsmodus (feed-forward control mode) auf der Grund­ lage des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa vor, das von dem Simulationskreis 6a für das mechanische System geliefert wird und das nicht durch die Schwin­ gungseigenschaften des aktuellen mechanischen Systems beeinflußt ist.
In ähnlicher Weise können die Ansprecheigenschaften der Positionsregelung verbessert werden, indem ein drittes Geschwindigkeitssignal ω3, das durch Addieren eines ersten von dem ersten Positionssteuer/Regel­ kreis gelieferten Geschwindigkeitssignals ω1 und des von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 gelie­ ferten zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 durch den Addierer 8 erhalten wird, an den ersten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 9 gegeben wird.
Der Simulationskreis 6a für das mechanische System, der zweite Positionssteuer/Regelkreis 7 und der zwei­ te Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a liefern das zweite Geschwindigkeitssignal ω2 und das zweite Dreh­ momentsignal τ2 entsprechend der Änderung des Dreh­ winkel-Befehlssignals Rms, um die Ansprecheigenschaf­ ten der Positionssteuerung/Regelung zu verbessern.
Andererseits ändern sich das simulierte Geschwindig­ keitssignal ωa und das simulierte Drehwinkelsignal Ra, die von dem Simulationskreis 6a für das mechanische System geliefert werden, nicht, selbst wenn ein auf die Lastmaschine 3 aufgebrachtes Lastdrehmoment vari­ iert. Somit können die Ansprecheigenschaften der Po­ sitionssteuerung/Regelung, die sich auf die Änderung des Lastdrehmoments beziehen, nicht durch den Simula­ tionskreis 6a für das mechanische System, den zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 und den zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a verbessert wer­ den.
Um die Ansprecheigenschaften der Positionssteuerung/- Regelung zu ermöglichen, ist die Positionssteuer/Re­ geleinrichtung zusätzlich mit dem dritten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 11a versehen, der ein drit­ tes Drehmomentsignal τ3 auf der Grundlage des Simula­ tionskreises 6a für das mechanische System, des simu­ lierten Geschwindigkeitssignals ωa und des von dem Rotationsdetektor 4 gelieferten aktuellen Geschwin­ digkeitssignals ωm. Die Änderung des Lastdrehmoments zieht die Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssi­ gnals ωm nach sich, wodurch eine Änderung des dritten Drehmomentsignals τ3 bewirkt wird. Somit konnten die Ansprecheigenschaften der Positionssteuerung in bezug auf die Änderung des Lastmomentes durch Steuern bzw. Regeln des Gleichstrommotors 1a verbessert werden, so daß das Ausgangsdrehmoment des Gleichstrommotors 1a mit dem Drehmomentsignal übereinstimmt, das durch Addieren des von dem ersten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 9 gelieferten ersten Drehmomentsignals τ1, des zweiten von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 10a gelieferten Drehmomentsignal τ2 und des dritten von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 11a gelieferten Drehmomentsignals τ3 er­ halten wird.
Der erste Positionssteuer/Regelkreis 5 und der erste Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 unterdrücken die durch mechanische Resonanz erzeugten Schwingungen und verringern stationäre Fehler in der Position und der Geschwindigkeit, wenn das Lastmoment stationär ist. Der dritte Geschwindigkeits/Regelkreis 11a unter­ drückt darüber hinaus die Änderung des Ansprechens, die auftreten wird, wenn die Integrationszeitkonstan­ te, d. h. das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6a für das mechanische System sich von dem aktuellen Wert unterscheidet. Die Betriebsweise der Positions­ steuer/Regeleinrichtung nach dem ersten Ausführungs­ beispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 9 beschrieben.
In dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 nach Fig. 3 liefert der Koeffizientenmultiplizierer 24 das er­ ste Geschwindigkeitssignal ω1. Der Subtrahierer 23 subtrahiert den von dem Rotationsdetektor 4 dem Ein­ gangsanschluß 22 zugeführten aktuellen Drehwinkel Rm von dem Drehwinkel-Befehlssignal Rms, das dem Ein­ gangsanschluß 21 von dem Kreis 15 zur Erzeugung des Drehwinkel-Befehlssignals zugeführt wird, um die er­ ste Drehwinkelabweichung ΔR1 (=Rms-m) zu bestimmen und liefert die erste Drehwinkelabweichung ΔR1 an den Koeffizientenmultiplizierer 24, dann bestimmt der Koeffizientenmultiplizierer 24 das erste Geschwindig­ keitssignal ω1 und sendet dieses über den Ausgangs­ anschluß 25 weiter.
In dem Simulationskreis 6a für das mechanische System nach Fig. 4 gibt der Integrierer 27 das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa aus und der Integrierer 28 liefert das simulierte Drehwinkelsignal Rm. Wenn der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a das zweite Drehmomentsignal τ2 an den Eingangsanschluß 26 liefert, führt der mit dem Eingangsanschluß 26 ver­ bundene Integrierer 27 unter Verwendung des Ausdrucks (1) die Berechnung durch, um das simulierte Geschwin­ digkeitssignal ωa zu bestimmen, und gibt das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa über den Aus­ gangsanschluß 29 aus. Wenn zwischenzeitlich das simu­ lierte Geschwindigkeitssignal ωa an den Integrierer 28 geliefert wird, berechnet dieser das simulierte Drehwinkelsignal Ra unter Verwendung des Ausdrucks (1) und sendet das simulierte Drehwinkelsignal Ra über den Ausgangsanschluß 30 nach außen.
Bei dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 nach Fig. 5 erzeugt der Koeffizientenmultiplizierer 34 das zweite Geschwindigkeitssignal ω2. Der Subtrahierer 33 subtrahiert das von dem Simulationskreis 6a für das mechanische System an den Eingangsanschluß 32 gelie­ ferte simulierte Drehwinkelsignal Ra von dem Drehwin­ kel-Befehlssignal Rms, das von dem Kreis 15 zur Er­ zeugung des Drehwinkel-Befehlssignals an den Ein­ gangsanschluß 31 geliefert wird, um die zweite Dreh­ winkelabweichung ΔR2 (= Rms-Ra) zu bestimmen, und liefert die zweite Regelwinkelabweichung ΔR2 an den Koeffizientenmultiplizierer 34. Dann bestimmt der Koeffizientenmultiplizierer 34 das zweite Geschwin­ digkeitssignal ω2 und gibt dieses über den Ausgangs­ anschluß 35 aus.
Daraufhin addiert der Addierer 8 nach Fig. 2 das von dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 gelieferte erste Geschwindigkeitssignal ω1 und das von dem zwei­ ten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 7 gelieferte zweite Geschwindigkeitssignal ω2, um das Geschwindig­ keitssteuersignal ωms (= ω1 + ω2) zu liefern.
Dann erzeugt der Steuerkreis 47 in dem ersten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 nach Fig. 6 das erste Drehmomentsignal τ1. Der Subtrahierer 43 sub­ trahiert das von dem Rotationsdetektor 4 über den Eingangsanschluß 42 gelieferte aktuelle Geschwindig­ keitssignal ωm von dem Addierer 8 an den Ein­ gangsanschluß 41 gelieferten dritten Geschwindig­ keitssignal ω3, um das erste Geschwindigkeitsabwei­ chungssignal Δω1 (= ω3-ωm) zu bestimmen, und liefert das erste Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω1 an den Integrierer 44 und den Koeffizientenmultiplizie­ rer 45. Der Addierer addiert die jeweiligen Ausgangs­ signale des Integrators 44 und des Koeffizientenmul­ tiplizierers 45, um das erste Drehmomentsignal τ1 zu bestimmen und liefert dieses über den Begrenzungs­ kreis 47 an den Ausgangsanschluß 48. Der Begrenzungs­ kreis 47 begrenzt den absoluten maximalen Wert des ersten Drehmomentsignals τ1 auf einen vorbestimmten Wert.
In ähnlicher Weise liefert der Begrenzungskreis 57 in dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a nach Fig. 7 das zweite Drehmomentsignal τ2. Der Sub­ trahierer 53 subtrahiert das von dem Simulationskreis 6a für das mechanische System an den Eingangsanschluß 52 gelieferte simulierte Geschwindigkeitssignal ωa von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 an den Eingangsanschluß 51 gelieferte zweite Ge­ schwindigkeitssignal ω2, um das zweite Geschwindig­ keitsabweichungssignal Δω2 (= ω2-ωa) zu bestimmen, und gibt das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω2 an den Integrierer 54 und den Koeffizientenmulti­ plizierer 55. Dann addiert der Addierer 56 die jewei­ ligen Ausgangssignale des Integrierers 54 und des Koeffizientenmultiplizierers 55, um das zweite Dreh­ momentsignal τ2 zu bestimmen und gibt dieses über den Begrenzungskreis 57 an den Ausgangsanschluß 58 wei­ ter. Der Begrenzungskreis 57 begrenzt den absoluten maximalen Wert des zweiten Drehmomentsignals τ2 auf einen vorbestimmten Wert.
In dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a nach Fig. 8 liefert der Addierer 65 das dritte Dreh­ momentsignal τ3. Der Subtrahierer 62 subtrahiert das von dem Rotationsdetektor 4 an den Eingangsanschluß 61 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssignal ωm von dem von dem Simulationskreis 6a für das mechanische System an den Eingangsanschluß 60 gelieferten simu­ lierten Geschwindigkeitssignal ωa, um das dritte Ge­ schwindigkeitsabweichungssignal Δω3 (= ωa-ωm) zu bestimmen und liefert das dritte Geschwindigkeitsab­ weichungssignal Δω3 an den Integrierer 63 und den Koeffizientenmultiplizierer 64. Dann addiert der Ad­ dierer 65 die jeweiligen Ausgangssignale des Inte­ grierers und des Koeffizientenmultiplizierer 64 und sendet das dritte Drehmomentsignal τ3 über den Aus­ gangsanschluß 66 nach außen.
Der Addierer 71 in dem Drehmomentsteuer/Regelkreis 12 nach Fig. 9 liefert das endgültige Drehmomentsignal τms. Der Addierer 71 addiert das von dem ersten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 an den Eingangsan­ schluß 70a gelieferte erste Drehmomentsignal τ1, das von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a an den Eingangsanschluß 70b gelieferte zweite Drehmo­ mentsignal τ2 und das von dem dritten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 11a an den Eingangsanschluß 70c gelieferte dritte Drehmomentsignal τ3, um das endgültige Drehmomentsignal τms, (= τ1+τ2+ τ3) zu erhalten, und gibt das endgültige Drehmomentsignal τms an den Begrenzungskreis 72, der ein Überschreiten der Amplitude des endgültigen Drehmomentsignals τms über einen bestimmten Wert verhindert.
Der Koeffizientenmultiplizierer 73 erzeugt ein Anker­ strom-Befehlssignal Ias. Wie allgemein bekannt ist, kann die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment τm und dem Ankerstrom Ia ausgedrückt werden durch:
τm = KT·Ia (2)
wobei KT eine Drehmomentkonstante ist.
Wenn somit τms an den Koeffizientenmultiplizierer 73 geliefert wird, der einen Skalierfaktor KT aufweist, dann erzeugt der Koeffizientenmultiplizierer 73 das Ankerstrom-Befehlssignal Ias.
Daraufhin erzeugt der Subtrahierer 74 ein Stromabwei­ chungssignal ΔI (= Ias-Ia). Der Subtrahierer 74 sub­ trahiert ein von einem Stromdetektor (nicht darge­ stellt) an den Eingangsanschluß 70d gelieferte aktu­ elle Ankerstromsignal Ia von einem von dem Koeffi­ zientenmultiplizierer 73 gelieferten Ankerstrom-Be­ fehlssignal Ias um das Stromabweichungssignal ΔI zu bestimmen, und gibt das Stromabweichungssignal Δ an den Integrierer 75 und den Koeffizientenmultiplizie­ rer 76.
Der Addierer 77 addiert die jeweiligen Ausgangssigna­ le des Integrierers 75 und des Koeffizientenmultipli­ zierers 76, um ein Spannungsbefehlssignal Vas zu be­ stimmen, und liefert dieses an den PWM-Kreis 78.
Der PWM-Kreis 78 liefert ein Signal zum Steuern der vier Schalterelemente des Umformerkreises 13, der einen Quadrantenzerhackerkreis umfaßt. Der PWM-(Puls­ weitenmodulation)Kreis ist von bekanntem Aufbau und daher wird seine Beschreibung weggelassen.
Der Umformerkreis 13 und der PWM-Kreis 78 arbeiten in der Weise, daß die Anschlußspannung Va des Gleich­ strommotors 1a mit einer spezifischen Spannung über­ einstimmt, die durch das Spannungsbefehlssignal Vas dargestellt wird. Somit arbeiten der Drehmomentsteu­ er/Regelkreis 12 und der Umformerkreis 13 in der Wei­ se, daß das Ausgangsdrehmoment τm des Gleichstrommo­ tors 1a entsprechend dem endgültigen Drehmomentsignal τms variiert.
Zweites Ausführungsbeispiel
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 14 im folgenden er­ läutert.
In Fig. 10 ist ein Gleichstrommotor 1a, ein Drehmo­ mentübertragungsmechanismus 2, eine Lastmaschine 3, ein Rotationsdetektor 4, ein erster Positionssteuer/- Regelkreis 5, ein zweiter Positionssteuer/Regelkreis 7, ein Addierer, ein erster Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 9, ein Drehmomentsteuer/Regelkreis 12, ein Umformerkreis 13 und ein Kreis 15 zur Erzeugung eines Drehwinkel-Befehlssignals dargestellt, die den Krei­ sen nach dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen.
Zusätzlich zu den Kreisen nach dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel enthält das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 einen Simulationskreis 6b für das mecha­ nische System, einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 10b, einen dritten Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreis 11b und einen Korrekturkreis 14. Eine Drehmomentsteuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln des Ausgangsdrehmoments des Gleichstrommotors 1a, die in dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich zu der Drehmomentsteuer/Regelvorrichtung des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels ist, besteht aus dem Drehmomentsteu­ er/Regelkreis 12 und dem Umformerkreis 13.
Der Simulationskreis 6b für das mechanische System nach Fig. 11 umfaßt einen Eingangsanschluß 80, der mit dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b verbunden ist, einen mit dem Korrekturkreis 14 ver­ bundenen Eingangsanschluß 81, einen mit den Eingangs­ anschlüssen 80, 81 verbundenen Teiler 82, einen mit dem Teiler 82 verbundenen Integrierer 83, einen mit dem Integrierer 83 verbundenen Integrierer 84, einen mit dem Integrierer 83 verbundenen Ausgangsanschluß 85 und einen mit dem Integrierer 84 verbundenen Aus­ gangsanschluß 86.
Der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b nach Fig. 12 umfaßt mit dem Korrekturkreis 14 verbundenen Eingangsanschlüsse 87, 90, einen mit dem zweiten Po­ sitionssteuer/Regelkreis 7 verbundenen Eingangsan­ schluß 88, einen mit dem Simulationskreis 6b für das mechanische System verbundenen Eingangsanschluß 89, einen mit den Eingangsanschlüssen 88, 89 verbundenen Subtrahierer 91, einen mit dem Eingangsanschluß 87 und dem Subtrahierer 91 verbundenen Multiplizierer 92, einen mit dem Eingangsanschluß 90 und dem Subtra­ hierer 91 verbundenen Multiplizierer 93, einen mit dem Multiplizierer 93 verbundenen Integrierer 94, einen mit dem Multiplizierer 92 und dem Integrierer 94 verbundenen Addierer 95, einen mit dem Addierer 95 verbundenen Begrenzungskreis 96 und einen mit dem Begrenzungskreis 96 verbundenen Ausgangsanschluß 97.
Der dritte Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b nach Fig. 13 umfaßt einen mit dem Simulationskreis 6b für das mechanische System verbundenen Eingangsanschluß 100, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 101, einen mit den Eingangsanschlüs­ sen 100, 101 verbundenen Subtrahierer 102, einen mit dem Subtrahierer 102 verbundenen Integrator 103, ei­ nen mit dem Subtrahierer 102 verbundenen Koeffizien­ tenmultiplizierer 104, einen mit dem Integrator 103 und dem Koeffizientenmultiplizierer 104 verbundenen Addierer 105, einen mit dem Koeffizientenmultiplizie­ rer 104 verbundenen Ausgangsanschluß 106 und einen mit dem Addierer 105 verbundenen Ausgangsanschluß 107.
Der Korrekturkreis 14 nach Fig. 14 umfaßt einen mit dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b verbundenen Eingangsanschluß 110, einen mit dem zwei­ ten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b verbundenen Eingangsanschluß 111, einen mit dem Eingangsanschluß 111 verbundenen Polaritätsunterscheidungskreis 112, einen mit dem Eingangsanschluß 110 und dem Polari­ tätsunterscheidungskreis 112 verbundenen Multiplizie­ rer 113, einen mit dem Multiplizierer 113 verbundenen Integrierer 114, einen konstanten Vorgabekreis 115, einen mit dem Integrierer 114 und dem konstanten Vor­ gabekreis 115 verbundenen Addierer 116, mit dem Ad­ dierer 116 verbundene Koeffizientenmultiplizierer 117, 118, einen mit dem Addierer verbundenen Aus­ gangsanschluß 119, einen mit dem Koeffizientenmulti­ plizierer 117 verbundenen Ausgangsanschluß 120 und einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 118 verbun­ denen Ausgangsanschluß 121.
Ein Verfahren zur Vorgabe von Verstärkungen (Übertra­ gungsfaktoren) Kp2 und Ki2 für den zweiten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 10b wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 15 und 16 beschrieben. Fig. 15 stellt ein Blockdiagramm eines Geschwindigkeits­ steuer/Regelsystems bestehend aus dem zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b und dem Simula­ tionskreis 6b für das mechanische System dar. In Fig. 15 sind die proportionale Verstärkung (Übertragungs­ faktor) Kp2 und die integrale Verstärkung (der inte­ grale Verstärkungsfaktor) Ki2 des zweiten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises 10b jeweils dargestellt und, wie oben erwähnt, ist J die Integrationszeitkonstan­ te, d. h. das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6b für das mechanische System. Wie in Fig. 15 gezeigt wird, wird die Beziehung zwischen dem zweiten Ge­ schwindigkeitssignal ω2 und dem simulierten Geschwin­ digkeitssignal ωa durch die folgende Übertragungs­ funktion ausgedrückt:
ωa/ω2= (Kp2S + Ki2)/(JS2+Kp2S+Ki2) (3)
In dem Übertragungsfaktordiagramm nach Fig. 16 stel­ len die durchgezogenen Linien die Annäherung der rückführungslosen (Leerlauf) Übertragungsfunktion: (Kp2+Ki2/S) (1/Js) für das Geschwindigkeitssteuer/- Regelsystem nach Fig. 15 dar und die gestrichelten Linien stellen die Übertragungsfunktion: 1/Js für den Simulationskreis 6b für das mechanische System dar, die gestrichelten Linien mit abwechselnd langen und kurzen Strichen stellen die Übertragungsfunktion: (Kp2+Ki2/S) für den zweiten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 10b dar. In Fig. 16 ist ωsc die Ansprech­ frequenz des Geschwindigkeitssteuer/Regelsystems nach Fig. 15. Eine Frequenz ωpi wird als PI-Durchbruchfre­ quenz bezeichnet. Im allgemeinen ist die PI-Durch­ bruchsfrequenz ωpi ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ωsc. Die Ansprechfrequenz ωsc und die PI-Durchbruchs­ frequenz ωpi werden festgesetzt, um die Verstärkungs­ faktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreises 10b unter Verwendung der folgenden Ausdrücke zu bestimmen:
Kp2 = Jωsc, Ki2 = ωpiKp2 = Jωscωpi (4)
Aus dem Ausdruck (4) ist zu erkennen, daß die Verstärkungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreises 10b bestimmt werden kön­ nen, wenn das Trägheitsmoment J bekannt ist. Die je­ weiligen Übertragungsfaktoren des ersten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises 9 und des dritten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreises 11a können über das glei­ che Verfahren bestimmt werden. Wenn die Verstärkungs­ faktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreises 10b unter Verwendung des Ausdrucks (4) bestimmt werden, kann das Ansprechen des simu­ lierten Geschwindigkeitssignals ωa auf die schritt­ weise Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 durch die Verwendung des Ausdrucks (3) bestimmt wer­ den. Der Wert der PI-Durchbruchsfrequenz ωpi wird praktisch bestimmt, um das Überschwingen der Antwort des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa auf einen gewünschten Wert einzustellen. Üblicherweise ist; wie oben erwähnt, die PI-Durchbruchsfrequenz ωpi ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ωsc.
Ein Verfahren zur Korrektur der Integrationszeitkon­ stanten J des Simulationskreises 6b für das mechani­ sche System nach dem zweiten Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 17 erläutert.
Es wird angenommen, daß der Übertragungsfaktor K1 des ersten Positionssteuer/Regelkreises 5 geringer ist als der Übertragungsfaktor K2 des zweiten Positions­ steuer/Regelkreises 7. Dann kann das dem ersten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 zugeführte dritte Geschwindigkeitssignal ω3 als übereinstimmend mit dem zweiten Geschwindigkeitssignal ω2 betrachtet werden, da die Amplitude des ersten Geschwindigkeitssignals ω1, die von dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 geliefert wird, im Vergleich zu der des zweiten Ge­ schwindigkeitssignals ω2, das von dem zweiten Posi­ tionssteuer/Regelkreis 7 geliefert wird, vernachläs­ sigbar klein ist. Das bedeutet, daß das zweite Ge­ schwindigkeitssignal ω2 als Geschwindigkeitssteuersi­ gnal an den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 und an den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreis 10b geliefert wird. Wenn die Integrationszeit­ konstante J des Simulationskreises 6b für das mecha­ nische System unterschiedlich zu dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems ist, dann sind die Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssignals ωm abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindig­ keitssignals ω2 und die Änderung des simulierten Ge­ schwindigkeitssignals ωa in Abhängigkeit von der Än­ derung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 nicht zueinander gleich und das dritte Geschwindigkeitsab­ weichungssignal Δω3 (= ωa-ωm) ist nicht null.
Wenn beispielsweise die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System kleiner als das Trägheitsmoment des aktuellen mecha­ nischen Systems ist, dann eilt die Änderung des aktu­ ellen Geschwindigkeitssignals ωm in Abhängigkeit zu der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 der Änderung des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa in Abhängigkeit von der Änderung des zweiten Ge­ schwindigkeitssignals ω2 nach, wie in Fig. 17(a) ge­ zeigt wird. Wie aus Fig. 17(a) ersichtlich ist, ist das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω3 po­ sitiv bei der Beschleunigung und negativ bei der Ver­ zögerung. Wenn dagegen die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische Sy­ stem größer als das Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems ist, eilt die Änderung des simu­ lierten Geschwindigkeitssignals ωa abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 hin­ ter der Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssi­ gnals ωm in Abhängigkeit zu der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 nach.
Somit ist das dritte Geschwindigkeitsabweichungssi­ gnal Δω3 negativ während der Beschleunigung und posi­ tiv während der Verzögerung. Daher wird die Integra­ tionszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System so korrigiert, daß der absolu­ te Wert der Amplitude des dritten Geschwindigkeits­ abweichungssignals Δω3 abnimmt.
Die Polarität des dritten Geschwindigkeitsabwei­ chungssignals Δω3 hängt von der Betriebsart des Gleichstrommotors 1a ab. Wie aus Fig. 7(b) ersicht­ lich ist, ist es möglich, festzustellen, ob der Gleichstrommotor 1a beschleunigt oder verzögert wird, indem die Polarität des zweiten Drehmomentsignals τ2 untersucht wird. Das heißt, das zweite Drehmomentsi­ gnal τ2 ist positiv während der Beschleunigung und negativ während der Verzögerung. Wenn beispielsweise das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω3 wäh­ rend der Beschleunigung positiv ist, d. h., wenn das zweite Drehmomentsignal τ2 positiv ist, wird die In­ tegrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System erhöht. Wenn die Integra­ tionszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System so korrigiert wird, können die Übertragungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreises 10b entsprechend dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems unter Verwendung des Ausdrucks (4) korrigiert werden. Obwohl das Verfahren zur Korrektur der Integrations­ zeitkonstanten J des Simulationskreises 6b für das mechanische System für den Fall beschrieben wurde, in dem der Übertragungsfaktor K1 des ersten Positions­ steuer/Regelkreises 5 klein im Vergleich zu dem Über­ tragungsfaktor K2 des zweiten Positionssteuerkreises 7 ist, können die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System und die Übertragungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b mit dem glei­ chen Verfahren korrigiert werden, da das dritte Ge­ schwindigkeitsabweichungssignal ωω3 nicht null ist, wenn die Integrationszeitkonstante J des Simulations­ kreises 6b für das mechanische System sich von dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems unterscheidet.
Die Betriebsweise des zweiten Ausführungsbeispiels wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 14 beschrieben. Die jeweiligen Funktionsweisen der Kreise nach dem zweiten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme des Simulationskreises 6b für das mecha­ nische System, des zweiten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreises 10b, des dritten Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreises 11b und des Korrekturkreises 14 sind die gleichen wie diejenigen der Kreise des ersten Ausführungsbeispiels und daher wird ihre Beschreibung weggelassen.
In dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b nach Fig. 13 liefert der Subtrahierer 102 das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω3. Das heißt, der Subtrahierer 102 subtrahiert das von dem Rotations­ detektor 4 an den Eingangsanschluß 101 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssignal ωm von dem von dem Simulationskreis 6b für das mechanische System an den Eingangsanschluß 100 gelieferte simulierten Geschwin­ digkeitssignal ωa, um das dritte Geschwindigkeitsab­ weichungssignal Δω3 (=ωa-ωm) zu bestimmen.
Dann liefert der Addierer 105 das dritte Drehmoment­ signal τ3 an den Ausgangsanschluß 107. Das heißt, der Addierer addiert das Ausgangssignal des Integrators 103 und das Ausgangssignal des Koeffizientenmultipli­ zierers 104 zur Bestimmung des dritten Drehmomentsi­ gnals τ3 und gibt das dritte Drehmomentsignal τ3 über den Ausgangsanschluß 107 aus. Ein Drehmomentsignal τ3p mit einer Amplitude proportional zu der des dritten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω3, das von dem Koeffizientenmultiplizierer 104 geliefert wird, er­ scheint am Ausgangsanschluß 106.
In dem Korrekturkreis 14 nach Fig. 14 liefert der Addierer 116 die Integrationszeitkonstante J, d. h. das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6b für das mechanische System. Das bedeutet, daß der zweite Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b das zweite Dreh­ momentsignal τ2 über den Eingangsanschluß 111 an den Polaritätsunterscheidungskreis 112 liefert und der Polaritätserzeugungskreis 112 erzeugt ein Polaritäts­ signal Sg. Das Polaritätssignal Sg ist "1", wenn das zweite Drehmomentsignal τ2 positiv ist und "-1", wenn das zweite Drehmomentsignal τ2 negativ ist. Dann mul­ tipliziert der Multiplizierer 113 das von dem dritten Geschwindigkeitssteuersignal 11b über den Eingangs­ anschluß 110 gelieferte Drehmomentsignal τ3p mit dem Polaritätssignal Sg und liefert das Produkt an den Integrierer 114. Der Addierer 116 addiert eine von dem Integrierer 114 gelieferte Korrektur ΔJ zur Kor­ rektur des Trägheitsmomentes J und einen vorgegebenen Wert J0 des Trägheitsmoments, der von dem konstanten Einstellkreis 115 eingestellt wurde, um das Träg­ heitsmoment J zu bestimmen, und gibt das Trägheits­ moment J über den Ausgangsanschluß 119 aus. Der ein­ gestellte Wert J0 des Trägheitsmomentes ist bei­ spielsweise gleich dem Trägheitsmoment des Gleich­ strommotors 1a.
Der Korrekturkreis 14 liefert gleichfalls die Über­ tragungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises 10b. Das bedeutet, daß, wenn das Trägheitsmoment J den Koeffizientenmultiplizierer 117 und 118 zugeführt wird, die Übertragungsfaktoren Kp2 und Ki2 unter Verwendung des Ausdrucks (4) berech­ net werden und an die jeweiligen Ausgangsanschlüsse 120 und 121 geliefert werden.
In dem Simulationskreis 6b für das mechanische System nach Fig. 11 liefert der Integrierer 83 das simulier­ te Geschwindigkeitssignal ωa. Der Teiler 82 empfängt das zweite Drehmomentsignal τ2 über den Eingangsan­ schluß 80 von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Re­ gelkreis 10b und das Trägheitsmoment J über den Ein­ gangsanschluß 81 von dem Korrekturkreis 14, das Aus­ gangssignal des Teilers 82 wird dem Integrierer 83 zugeführt und der Integrierer 83 integriert das zwei­ te Drehmomentsignal τ2 und sendet das simulierte Ge­ schwindigkeitssignal ωa über den Ausgangsanschluß 85 aus. Das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa wird durch Integrieren des zweiten Drehmomentsignals τ2 durch den Integrierer 83 mit einer Integrationszeit­ konstanten gleich dem Trägheitsmoment J erhalten.
Darauffolgend wird das simulierte Geschwindigkeits­ signal ωa dem Integrierer 84 zugeführt, der den simu­ lierten Drehwinkel Ra bestimmt und diesen über den Ausgangsanschluß 86 abgibt.
In dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b nach Fig. 12 liefert der Steuerkreis 96 das zweite Drehmomentsignal τ2. Der Subtrahierer 91 subtrahiert das von dem Simulationskreis 6b an den Eingangsan­ schluß 89 gelieferte simulierte Geschwindigkeitssi­ gnal ωa von dem von dem zweiten Positionssteuer/Re­ gelkreis 7 an den Eingangsanschluß 88 gelieferten zweiten Geschwindigkeitssignal ωa, um ein zweites Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω2 (= ω2-ωa) zu bestimmen. Dann multipliziert der Multiplizierer 2 das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω2 mit dem proportionalen Übertragungsfaktor Kp2, der von dem Korrekturkreis 14 über den Eingangsanschluß 87 gelie­ fert wird. Der Multiplizierer 93 multipliziert das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω2 mit dem integralen Übertragungsfaktor Ki2 und liefert das Pro­ dukt an den Integrierer 94. Der Addierer 95 addiert die Ausgangssignale des Multiplizierers 92 und des Integrierers 94, um das zweite Drehmomentsignal τ2 zu bestimmen, das über den Begrenzungskreis 96 an den Ausgangsanschluß 97 geliefert wird. Der Begrenzungs­ kreis 96 verhindert ein Überschreiten der Amplitude des absoluten Wertes des zweiten Drehmomentsignals τ2 über einen bestimmten Wert.
Drittes Ausführungsbeispiel
Obwohl das dritte Geschwindigkeitssignal ω3 durch Addieren des ersten Geschwindigkeitssignals ω1 und des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 durch den Ad­ dierer 8 in dem ersten und zweiten Ausführungsbei­ spiel bestimmt wird, kann das dritte Geschwindig­ keitssignal durch Addieren eines gewichteten zweiten Geschwindigkeitssignals und des ersten Geschwindig­ keitssignals ω1 erhalten werden, wobei das gewichtete zweite Geschwindigkeitssignal durch Wichtung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 durch den Koeffi­ zientenmultiplizierer erhalten werden, der einen Ska­ lierfaktor im Bereich von 0 bis 1 aufweist.
Viertes Ausführungsbeispiel
In dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ändert sich die von dem Rotationsdetektor 4 gelieferte aktu­ elle Geschwindigkeit ωm, wenn ein Lastmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht wird, da die Betriebsge­ schwindigkeit des Gleichstrommotors 1a sich ändert, während das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa des Simulationskreises 6b für das mechanische System, der das zweite Drehmomentsignal τ2 von dem zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b empfängt, sich nicht ändert, das das aktuelle Geschwindigkeitssignal ωm nicht dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreis 10b zugeführt wird. Daher ist die Amplitude des dritten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω3 d. h. die Differenz zwischen dem simulierten Geschwindig­ keitssignal ωa und dem aktuellen Geschwindigkeitssi­ gnal ωm nicht null, wenn das Lastmoment auf die Last­ maschine 3 aufgebracht wird und folglich ist es mög­ lich, daß der Korrekturkreis 14 das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6b für das mechanische System, d. h. die Integrationszeitkonstante nicht richtig kor­ rigiert.
In einem solchen Fall kann eine Entscheidung darüber, ob die Korrektur des Trägheitsmoments durch den Kor­ rekturkreis 14 vorgenommen werden soll oder nicht, unter Bezug auf die Amplitude des zweiten Drehmoment­ signals τ2 durchgeführt werden. Das bedeutet, daß das Trägheitsmoment nur korrigiert werden kann, wenn der absolute Wert des zweiten Drehmomentsignals τ2 größer als ein bestimmter Wert ist, da das zweite Drehmo­ mentsignal τ2 sich nur ändert, wenn sich das Drehwin­ kel-Befehlssignal Rms ändert.
Wenn die Betriebsweise des Korrekturkreises 14 durch ein derartiges Verfahren gesteuert wird, wird das Trägheitsmoment nur während der Beschleunigung und während der Verzögerung korrigiert. Da das auf einen elektrischen Motor wirkende Lastmoment sich im all­ gemeinen selten plötzlich während der Beschleunigung und der Verzögerung ändert, kann das Drehmoment gut und richtig korrigiert werden und somit kann der Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreises gut und genau durch Steuern des Kor­ rekturkreises 14 mit einem derartigen Verfahren kor­ rigiert werden, selbst wenn ein Lastmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht wird.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Obwohl das erste bis vierte Ausführungsbeispiel nur den Verstärkungsfaktor des zweiten Geschwindigkeits­ steuerkreises 10b entsprechend dem Trägheitsmoment des Simulationskreises 6b für das mechanische System korrigiert, kann auch der Übertragungsfaktor des er­ sten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 oder des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11b kor­ rigiert werden in gleicher Weise wie der Übertra­ gungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreises 10b.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Obwohl in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ein Gleichstrommotor 1a gesteuert bzw. geregelt wur­ de, kann die vorliegende Erfindung zur Steuerung ei­ nes anderen elektrischen Motors verwendet werden, wie beispielsweise eines Induktionsmotors oder eines Syn­ chronmotors. Da das Ausgangsmoment eines Wechsel­ strommotors bei einer ebenso hohen Ansprechgeschwin­ digkeit gesteuert werden kann, wie die Ansprechge­ schwindigkeit beim Steuern eines Gleichstrommotors durch ein bekanntes Vektorsteuerverfahren, ist es leicht, das Ausgangsdrehmoment eines Wechselstrommo­ tors zu steuern bzw. zu regeln, derart, daß das Aus­ gangsdrehmoment entsprechend dem endgültigen Drehmo­ mentsignal τms variiert.
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 18 bis 20 näher erläutert. Wie in Fig. 18 gezeigt wird, weist das sechste Ausführungsbeispiel die gleichen Bauteile und den gleichen Aufbau wie das erste Aus­ führungsbeispiel auf mit der Ausnahme, daß ein Simu­ lationskreis 6c für ein mechanisches System und ein Drehmomentsteuer/Regelkreis 12a verwendet werden, die unterschiedlich zu denen des ersten Ausführungsbe 99097 00070 552 001000280000000200012000285919898600040 0002004318923 00004 98978i­ spiels sind. Die Drehmomentsteuer/Regelvorrichtung des sechsten Ausführungsbeispiels zur Steuerung des Drehmoments eines Gleichstrommotors 1a weist einen Drehmomentsteuer/Regelkreis 12a und einen Umformer­ kreis 13 auf.
Der Simulationskreis 6c für das mechanische System nach Fig. 19 umfaßt einen Eingangsanschluß 124, der mit einem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a verbunden ist, einen mit dem dritten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 11a verbundenen Eingangsan­ schluß 125, einen mit den Eingangsanschlüssen 124, 125 verbundenen Subtrahierer 126, einen mit dem Sub­ trahierer 126 verbundenen Integrierer 127, einen mit dem Integrierer 127 verbundenen Integrierer 128, ei­ nen mit dem Integrierer 127 verbundenen Ausgangsan­ schluß 129 und einen mit dem Integrierer 128 verbun­ denen Ausgangsanschluß 130.
Der Drehmomentsteuer/Regelkreis 12a nach der Fig. 20 umfaßt einen mit dem ersten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 9 verbundenen Eingangsanschluß 170a, einen mit dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a verbundenen Eingangsanschluß 170b, einen mit einem nicht dargestellten Stromdetektor verbundenen Ein­ gangsanschluß 170c, einen mit den Eingangsanschlüssen 170a, 170b verbundenen Addierer 171, einen mit dem Addierer 171 verbundenen Begrenzungskreis 172, einen mit dem Begrenzungskreis 172 verbundenen Koeffizien­ tenmultiplizierer 173, einen mit dem Eingangsanschluß 170 und dem Koeffizientenmultiplizierer 173 verbunde­ nen Subtrahierer 174, einen mit dem Subtrahierer 174 verbundenen Integrierer 175, einen mit dem Subtrahie­ rer 174 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 176, einen mit dem Integrierer 175 und dem Koeffizienten­ multiplizierer 176 verbundenen Addierer 177, einen mit dem Addierer 177 verbundenen PWM-Kreis 178 und einen mit dem PWM-Kreis 178 verbundenen Ausgangsan­ schluß 179.
Vor der Beschreibung der Funktionsweise des siebenten Ausführungsbeispiels wird das Prinzip des Verfahrens des Steuerns des Drehwinkels, d. h. der Position des Gleichstrommotors 1a nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst wird das Steuer/Regelsystem nach Fig. 18 beschrieben, das den Simulationskreis 6c für das mechanische System, den zweiten Positionssteuer/- Regelkreis 7, den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Re­ gelkreis 10a und den dritten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 11a ausnimmt.
Das Steuer/Regelsystem ist ein Steuer/Regelsystem der gemeinsamen Position, das eine Geschwindigkeitsregel­ schleife als Unterschleife aufweist. Wie allgemein bekannt ist, werden, wenn die Starrheit des Drehmo­ mentübertragungsmechanismus 2 nach Fig. 18 relativ niedrig ist, starke Schwingungen durch mechanische Resonanz erzeugt, wenn der Übertragungsfaktor des ersten Geschwindigkeitssteuerkreises 9 erhöht wird, um die Ansprechgeschwindigkeit der Geschwindigkeits­ regelung zu erhöhen. Unter solchen Gegebenheiten ist es schwierig, die Ansprechfrequenz der Geschwindig­ keitsregelschleife, d. h. der Unterschleife zu erhöhen und somit ist es schwierig, die Ansprechfrequenz der Positionsregelschleife zu erhöhen.
Ein aktuelles Drehwinkelsignal Rm, das den aktuellen Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a darstellt und ein aktuelles Geschwindigkeitssignal ωm das die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a an­ gibt und von dem Rotationsdetektor geliefert wird, werden jeweils dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 und dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 zugeführt. Wenn diese Signale durch mechanische Reso­ nanz erzeugte Schwingungskomponenten enthalten, wer­ den die Schwingungskomponenten durch den ersten Posi­ tionssteuer/Regelkreis 5 und den ersten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 9 verstärkt, wodurch es schwierig wird, die jeweiligen Ansprechfrequenzen der Positions- und Geschwindigkeitssteuer/Regelschleifen zu erhöhen.
Um dieses Problem zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung ein Parallelregelungsverfahren. Der Simula­ tionskreis 6c für das mechanische System approximiert das mechanische System, das den Gleichstrommotor 1a, den Drehmomentübertragungsmechanismus 2 und eine Lastmaschine 3 umfaßt, durch zwei Integrationselemen­ te entsprechend dem Ausdruck (1).
Der Simulationskreis 6c für das mechanische System umfaßt einen Integrierer 127, der ein simuliertes Drehmomentsignal τa integriert, wie später beschrie­ ben wird, und liefert ein simuliertes Geschwindig­ keitssignal ωa und einen Integrierer 128, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa integriert und ein simuliertes Drehwinkelsignal Ra erzeugt. Der Si­ mulationskreis 6c für das mechanische System ist ein Kreis, der die Geschwindigkeitsübertragungseigen­ schaften für das Drehmoment des mechanischen Systems durch ideale Integrationselemente ohne Rücksicht auf mechanische Resonanzen approximiert. In dem Ausdruck (1) ist J das Trägheitsmoment des mechanischen Systems.
Ein zweiter Positionssteuer/Regelkreis 7 und ein zweiter Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a, die im Aufbau dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 und dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 ent­ sprechen, steuern den Simulationskreis 6c für das mechanische System. Der zweite Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreis 10a liefert ein zweites Drehmomentsi­ gnal τ2 als das simulierte Drehmomentsignal τa an den Simulationskreis 6c für das mechanische System. Die Verstärkungs- bzw. Übertragungsfaktoren des zweiten Positionssteuer/Regelkreises 7 und des zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises 10a werden so be­ stimmt, daß der zweite Positionssteuer/Regelkreis 7 und der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a eine gewünschte Ansprechfrequenz haben. Wenn das Aus­ gangsdrehmoment des Gleichstrommotors 1a so gesteuert wird, daß er mit dem Drehmomentsignal übereinstimmt, das durch Addieren eines von dem ersten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 9 erhaltenen Drehmomentsignals τa und des von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 10a erzeugten zweiten Drehmomentsignals τ2 erhalten wird, kann eine Geschwindigkeitssteuerung bzw. Regelung bei hoher Ansprechgeschwindigkeit er­ zielt werden, selbst wenn die Ansprechfrequenz des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 verrin­ gert wird, um die Erzeugung von Schwingung durch me­ chanische Resonanzen zu vermeiden, da ein für die Steuerung bzw. Regelung der Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a bei einer gewünschten An­ sprechfrequenz benötigtes Drehmoment durch das zweite Drehmomentsignal τ2 bestimmt wird. Das bedeutet, daß der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a das zweite Drehmomentsignal τ2 zur Parallelregelung auf der Grundlage des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa erzeugt, das von dem Simulationskreis 6c für das mechanische System geliefert wird und das nicht durch die Schwingungseigenschaften des aktuellen mechani­ schen Systems beeinflußt wird.
In ähnlicher Weise kann die Ansprechfrequenz der Po­ sitionssteuerung/-regelung erhöht werden, indem ein durch Addieren eines von dem ersten Positionssteuer/- Regelkreis 5 gelieferten ersten Geschwindigkeitssi­ gnals ω1 und eines von dem zweiten Positionssteuer/- Regelkreis 7 gelieferten zweiten Geschwindigkeitssi­ gnals ω2 mittels eines Addierers 8 erhaltenes drittes Geschwindigkeitssignal ω3 an den ersten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 9 gegeben wird. Somit ist die Funktion des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 die gleiche wie die des Vorkopplungsgeschwindigkeitssi­ gnals ωms2 das bei der Positionssteuer/Regeleinrich­ tung nach dem Stand der Technik entsprechend Fig. 1 verwendet wird.
Somit liefern der zweite Positionssteuer/Regelkreis 7 und der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a das zweite Geschwindigkeitssignal ω2 und das zweite Drehmomentsignal τ2 für die Parallelregelung entspre­ chend der Änderung des Geschwindigkeitsbefehlssignals ωms, so daß das Ansprechen der Positionssteuerung/- Regelung verbessert werden kann.
Wenn andererseits ein Lastmoment auf die Lastmaschine 3 wirkt, ändern sich das simulierte Geschwindigkeits­ signal ωa und das simulierte Drehwinkelsignal τa, die von dem Simulationskreis 6c für das mechanische Sy­ stem geliefert werden, nicht, selbst wenn das Lastmo­ ment sich ändert. Somit kann das Ansprechen auf die Änderung des Lastdrehmoments durch den Simulations­ kreis 6c für das mechanische System, den zweiten Po­ sitionssteuer/Regelkreis 7 und den zweiten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 10a verbessert werden.
Der zusätzliche dritte Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreis 11a erzeugt ein drittes Drehmomentsignal τ3 auf der Grundlage des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa, das von dem Simulationskreis 6c geliefert wird, und eines von einem Rotationsdetektor 4 erzeugten aktuellen Geschwindigkeitssignals ωm. Das aktuelle Geschwindigkeitssignal ωm ändert sich, wenn sich das Lastdrehmoment ändert und somit ändert sich das drit­ te Drehmomentsignal τ3 entsprechend.
In Fig. 21 ist ein Geschwindigkeitssteuer/Regelsystem dargestellt, das aus dem Simulationskreis 6c für das mechanische System und dem zweiten Geschwindigkeits­ steuer/Regelkreis 10a besteht, wobei das an den Simu­ lationskreis 6c gegebene simulierte Drehmomentsignal τa die Differenz zwischen dem zweiten Drehmomentsi­ gnal τ2 und dem dritten Drehmomentsignal τ3 (τ2-τ3) darstellt. Die Beziehung zwischen dem dritten Drehmo­ mentsignal τ3 und dem zweiten Drehmomentsignal τ2 wird durch die folgende Übertragungsfunktion ausgedrückt:
τ2/τ3 0 (Kp2S + Ki2)/(JS2 + Kp2S + Ki2) (5)
Es ist aus dem Ausdruck (5) bekannt, daß das zweite Drehmomentsignal τ2 sich ändert, wenn sich das dritte Drehmomentsignal τ3 ändert. Daher können die An­ sprecheigenschaften der Positionssteuerung/Regelung entsprechend der Änderung des Lastdrehmoments durch Regelung des Ausgangsdrehmomentes des Gleichstrommo­ tors 1a verbessert werden, so daß das Ausgangsdrehmo­ ment des Gleichstrommotors 1a mit dem Drehmomentsi­ gnal übereinstimmt, das durch Addieren des von dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 geliefer­ ten ersten Drehmomentsignals τ1 und des von dem zwei­ ten Steuer/Regelkreis 10a gelieferten zweiten Drehmo­ mentsignals τ2 erhalten wird.
Der Ausdruck (5), der die Beziehung zwischen dem dritten Drehmomentsignal τ3 und dem zweiten Drehmo­ mentsignal τ2 ausdrückende Übertragungsfunktion zeigt, weist die Eigenschaften eines sekundären Tief­ paßfilters auf. Daher kann die Schwingungskomponente des zweiten Drehmomentsignals τ2 entfernt werden, selbst wenn die dem aktuellen Geschwindigkeitssignal ωm hinzuaddierte Schwingungskomponente aufgrund von mechanischen Resonanzen durch den dritten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 11a verstärkt wird und wenn das dritte Drehmomentsignal τ3 eine Schwingungskom­ ponente enthält. Somit kann der Verstärkungs- bzw. Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreises 10a erhöht werden und somit kann die Positionssteuerung/Regelung bei einer hohen Ansprech­ geschwindigkeit erzielt werden.
Der erste Positionssteuer/Regelkreis 5 und der erste Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 unterdrücken die durch mechanische Resonanzen erzeugten Schwingungen und verringern stationäre Fehler in der Position und Geschwindigkeit, wenn das Lastdrehmoment stationär auf null ist. Der dritte Geschwindigkeitssteuer/Re­ gelkreis 11a unterdrückt die Änderung des Anspre­ chens, wenn die Integrationszeitkonstante, d. h. das Trägheitsmoment J des Simulationskreises 6c für das mechanische System sich von einem aktuellen Wert un­ terscheidet. Die Betriebsweise des sechsten Ausfüh­ rungsbeispiels wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 18 bis 20 beschrieben, wobei die Beschrei­ bung der Funktionen, die die gleichen sind wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, ausgelassen wird.
In dem Simulationskreis 6c für das mechanische System nach Fig. 19 liefert der Integrierer 127 das simu­ lierte Geschwindigkeitssignal ωa und der Integrierer 128 erzeugt das simulierte Drehwinkelsignal Ra. Der Subtrahierer 126 subtrahiert das von dem dritten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a an den Eingangs­ anschluß 125 gelieferte dritte Drehmomentsignal τ3 von dem von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regel­ kreis 10a an den Eingangsanschluß 124 gelieferten zweiten Drehmomentsignal τ2 um das simulierte Dreh­ momentsignal τa zu bestimmen. Bei dem Empfang des simulierten Drehmomentsignals τa berechnet der Inte­ grierer 127 das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa unter Verwendung des Ausdrucks (1) und gibt es über den Ausgangsanschluß 129 nach außen. Andererseits berechnet der Integrierer 128 bei Empfang des simu­ lierten Geschwindigkeitssignals τa das simulierte Drehwinkelsignal Ra unter Verwendung des Ausdrucks (1) und gibt es an den Ausgangsanschluß 130 aus.
In ähnlicher Weise liefert der Begrenzungskreis 57 in dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a nach Fig. 7 das zweite Drehmomentsignal τ2. Das be­ deutet, daß der Subtrahierer 53 das von dem Simula­ tionskreis 6c für das mechanische System an den Ein­ gangsanschluß 52 gelieferte simulierte Geschwindig­ keitssignal ωa von dem von dem zweiten Positionssteu­ er/Regelkreis 7 an den Eingangsanschluß 51 geliefer­ ten zweiten Geschwindigkeitssignal ω2 subtrahiert, um das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω2 (=ω2-ωa) zu erhalten und führt dieses dem Inte­ grierer 54 und dem Koeffizientenmultiplizierer 55 zu. Der Addierer 56 addiert die jeweiligen Ausgangssigna­ le des Integrierers 54 und des Koeffizientenmultipli­ zierers 55, um das zweite Drehmomentsignal τ2 zu er­ halten, und gibt es über den Begrenzungskreis 57 an den Ausgangsanschluß 58. Der Begrenzungskreis 57 ver­ hindert ein Überschreiten des absoluten Wertes des zweiten Drehmomentsignals τ2 über einen bestimmten maximalen Wert.
In dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a nach Fig. 8 liefert der Addierer 65 das dritte Dreh­ momentsignal τ3. Das bedeutet, daß der Subtrahierer 62 das von dem Rotationsdetektor 4 an den Eingangs­ anschluß 61 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssi­ gnal ωa von dem von dem Simulationskreis 6c für das mechanische System an den Eingangsanschluß 60 gelie­ ferten simulierten Geschwindigkeitssignal ωm subtra­ hiert, um das dritte Geschwindigkeitsabweichungssi­ gnal Δω3 (=ωa-ωm) zu erhalten und führt dieses dem Integrierer 63 und dem Koeffizientenmultiplizierer 64 zu. Der Addierer 65 addiert die jeweiligen Ausgangs­ signale des Integrierers 63 und des Koeffizientenmul­ tiplizierers 64, um das dritte Drehmomentsignal τ3 zu erhalten, das über den Ausgangsanschluß 65 abgesandt wird.
Daraufhin liefert der Addierer 171 in dem Drehmoment­ steuer/Regelkreis 12a nach Fig. 20 das endgültige Drehmomentsignal τms. Das heißt, der Addierer 171 addiert das von dem ersten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 9 an den Eingangsanschluß 170a gelieferte erste Drehmomentsignal τ1 mit dem von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a an den Ein­ gangsanschluß 170b gelieferten zweiten Drehmomentsi­ gnal τ2, um das endgültige Drehmomentsignal τms (= τ1 + τ2) zu erhalten und führt es dem Begren­ zungskreis 172 zu. Der Begrenzungskreis 172 verhin­ dert, daß die Amplitude des endgültigen Drehmomentsi­ gnals τms einen bestimmten Wert überschreitet.
Dann sieht der Koeffizientenmultiplizierer 173 ein Ankerstrom-Befehlssignal Ias vor. Wie allgemein be­ kannt ist, kann die Beziehung zwischen dem Ausgangs­ drehmoment τm des Gleichstrommotors 1a und dem Anker­ strom Ia durch den Ausdruck (2) dargestellt werden, in dem KT eine Drehmomentkonstante ist. Wenn daher das endgültige Drehmomentsignal τms an den Multipli­ zierer 173 mit einem Skalierfaktor von 1/KT geliefert wird, wird das Ankerstrom-Befehlssignal Ias bestimmt.
Der Subtrahierer 174 erzeugt das Stromabweichungssi­ gnal ΔI (= Ias-Ia). Das heißt, der Subtrahierer 174 subtrahiert das von dem Stromdetektor an den Ein­ gangsanschluß 170c gelieferte aktuelle Ankerstromsi­ gnal Ia von dem Ankerstrom-Befehlssignal Ias um das Stromabweichungssignal ΔI zu erhalten und liefert es an den Integrierer 175 und den Koeffizientenmultipli­ zierer 176.
Der Addierer 177 erzeugt das Anschlußspannungs-Be­ fehlssignal Vas. Das heißt, der Addierer 177 addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers 175 und des Koeffizientenmultiplizierers 176, um das An­ schlußspannungs-Befehlssignal Vas zu erhalten und gibt dieses an den PWM-Kreis 178.
Der PWM-Kreis 178 erzeugt ein Signal für die vier Schalterelemente des Umformungskreises 13, der bei­ spielsweise einen Quadrantenzerhackerkreis aufweist, auf der Grundlage des Anschlußspannungs-Befehlssi­ gnals Vas. Der PWM-Kreis 178 weist einen bekannten Aufbau auf und daher wird seine Beschreibung ausge­ lassen.
Der Umformungskreis 13 und der PWM-Kreis 178 arbeiten in der Weise, daß die Anschlußspannung Va des Gleich­ strommotors 1a mit einer bestimmten Spannung, die durch das Anschlußspannungs-Steuersignal Vas repräsen­ tiert wird, übereinstimmt. Somit steuern der Drehmo­ mentsteuer/Regelkreis 12a nach Fig. 20 und der Umfor­ mungskreis 13 das Ausgangsdrehmoment τm des Gleich­ strommotors 1a so, daß es mit dem endgültigen Drehmo­ ment, das durch das endgültige Drehmomentsignal τms dargestellt wird, übereinstimmt.
Siebentes Ausführungsbeispiel
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem sie­ benten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 22 und 23 beschrieben. Wie in der Fig. 22 dargestellt ist, umfaßt das siebente Ausführungsbeispiel die gleichen Kreise und Bauelemente wie die vorhergehen­ den Ausführungsbeispiele mit der Ausnahme, daß ein Simulationskreis 6d für das mechanische System ver­ wendet wird, das unterschiedlich zu demjenigen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ist.
Der Simulationskreis 6d für das mechanische System nach Fig. 23 umfaßt einen Eingangsanschluß 180a, der mit dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b verbunden ist, einen mit dem dritten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 11b verbundenen Eingangsan­ schluß 10b, einen mit dem Korrekturkreis 14 verbunde­ nen Eingangsanschluß 180c, einen mit den Eingangsan­ schlüssen 180a und 180b verbundenen Subtrahierer 181, einen mit dem Subtrahierer 181 und dem Eingangsan­ schluß 180c verbundenen Teiler 182, einen mit dem Teiler 182 verbundenen Integrierer 183, einen mit dem Integrierer 183 verbundenen Integrierer 184, einen mit dem Integrierer 183 verbundenen Ausgangsanschluß 185 und einen mit dem Integrierer 184 verbundenen Ausgangsanschluß 186.
Bezugnehmend auf die Fig. 12 umfaßt der zweite Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b Eingangsanschlüs­ se 87 und 90, die mit dem Korrekturkreis 14 verbunden sind, einen mit dem zweiten Positionssteuer/Regel­ kreis 7 verbundenen Eingangsanschluß 88, einen mit dem Simulationskreis 6d für das mechanische System verbundenen Eingangsanschluß 89, einen mit dem Ein­ gangsanschlüssen 88, 89 verbundenen Subtrahierer 91, einen mit dem Eingangsanschluß 87 und dem Subtrahie­ rer 91 verbundenen Multiplizierer 92, einen mit dem Multiplizierer 93 verbundenen Integrierer 94, einen mit dem Multiplizierer 92 und dem Integrierer 94 ver­ bundenen Addierer, einen mit dem Addierer 95 verbun­ denen Begrenzungskreis 96 und einen mit dem Begren­ zungskreis 96 verbundenen Ausgangsanschluß 97.
Bezugnehmend auf die Fig. 13 umfaßt der dritte Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b einen mit dem Simulationskreis 6d für das mechanische System ver­ bundenen Eingangsanschluß 100, einen mit dem Rota­ tionsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 101, einen mit den Eingangsanschlüssen 100 und 101 verbun­ denen Subtrahierer 102, einen mit dem Subtrahierer 102 verbundenen Integrierer 103, einen mit dem Sub­ trahierer 102 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 104, einen mit dem Integrierer 103 und dem Koeffi­ zientenmultiplizierer 104 verbundenen Addierer 105, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 104 verbun­ denen Ausgangsanschluß 106 und einen mit dem Addierer 105 verbundenen Ausgangsanschluß 107.
Ein Verfahren zum Setzen eines proportionalen Über­ tragungs- bzw. Verstärkungsfaktors Kp2 und eines inte­ gralen Übertragungsfaktors Ki2 für den zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b wird unter Bezug­ nahme auf die Fig. 16 und 21 beschrieben. Fig. 21 ist ein Blockschaltbild eines Geschwindigkeitssteu­ er/Regelsystems bestehend aus dem zweiten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 10b und dem Simulations­ kreis 6d für das mechanische System. In Fig. 21 ist J die Integrationszeitkonstante, d. h. das Trägheitsmo­ ment des Simulationskreises 6d für das mechanische System. In Fig. 21 ist eine Übertragungsfunktion, die die Beziehung zwischen dem zweiten Geschwindigkeits­ signal ω2 und dem simulierten Geschwindigkeitssignal ωa darstellt, durch den Ausdruck (3) bestimmt.
In dem Verstärkungs- oder Übertragungsfaktordiagramm nach Fig. 16 stellen die durchgehenden Linien die Näherung einer Übertragungsfunktion mit offener Schleife (Leerlaufübertragungsfunktion):
(Kp2 + K12/S) (1/Js) für das Geschwindigkeitssteuer/- Regelsystem nach Fig. 21 dar. Gleichfalls in Fig. 16 gezeigt sind eine Übertragungsfunktion: (Kp2 + Ki2/S) für den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b und eine Übertragungsfunktion (1/Js) für den Simula­ tionskreis 6d für das mechanische System. Eine Fre­ quenz ωsc wird als PI-Durchbruchsfrequenz bezeichnet. Im allgemeinen ist die PI-Durchbruchsfrequenz ωpi ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ωsc. Die Ansprechfre­ quenz ωsc und die PI-Durchbruchsfrequenz ωpi werden festgelegt, um die Übertragungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b unter Verwendung des Ausdrucks (4) zu bestimmen.
Aus dem Ausdruck (4) ist zu erkennen, daß die Über­ tragungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises 10b bestimmt werden können, wenn das Trägheitsmoment J bekannt ist. Die jeweili­ gen Übertragungsfaktoren des ersten Geschwindigkeits­ steuer/Regelkreises 9 und des dritten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises 11b können durch das gleiche Verfahren bestimmt werden. Wenn die Übertragungsfak­ toren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreises 10b unter Verwendung des Ausdrucks (4) bestimmt werden, kann die Antwort des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa auf die schrittweise Ände­ rung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 unter Verwendung des Ausdrucks (3) festgelegt werden. Der Wert des PI-Durchbruchsfrequenz ωpi wird praktisch so bestimmt, daß das Überschwingen der Antwort des simu­ lierten Geschwindigkeitssignals ωa auf einen ge­ wünschten Wert eingestellt wird. Üblicherweise ist die PI-Durchbruchsfrequenz ωpi, wie oben erwähnt, ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ωsc.
Ein Verfahren zur Korrektur der Integrationszeitkon­ stanten J des Simulationskreises 6d für das mechani­ sche System wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 17 erklärt. Es wird angenommen, daß der Übertra­ gungsfaktor K1 des ersten Positionssteuer/Regelkrei­ ses 5 kleiner ist als der Übertragungsfaktor K2 des zweiten Positionssteuer/Regelkreises 7. Dann kann das dritte Geschwindigkeitssignal ω3, das dem ersten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 zugeführt wird, angesehen werden, als ob es mit dem zweiten Geschwin­ digkeitssignal ω2 übereinstimmt, da die Amplitude des von dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 geliefer­ ten ersten Geschwindigkeitssignals ω1 vernachlässig­ bar klein im Vergleich zu der der des von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 gelieferten zweiten Ge­ schwindigkeitssignals ω2 ist. Das heißt, das zweite Geschwindigkeitssignal ω2 wird als Geschwindigkeits­ befehlssignal an den ersten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreis 9 und den zweiten Geschwindigkeitssteuer/ Regelkreis 10b geliefert. Es wird angenommen, daß der Verstärkungsfaktor des dritten Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreises 11b klein im Vergleich zu dem Ver­ stärkungsfaktor bzw. Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b ist.
Wenn dann die Integrationszeitkonstante J des Simula­ tionskreises 6d für das mechanische System sich von dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems unterscheidet, dann sind die Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssignals ωm in Abhängigkeit von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 und die Änderung des simulierten Geschwindigkeits­ signals ωa in Abhängigkeit von der Änderung des zwei­ ten Geschwindigkeitssignals ω2 nicht zueinander gleich und das dritte Geschwindigkeitsabweichungssi­ gnal Δω3 (ωa-ωm) ist nicht null. Wenn beispielsweise die Integrationszeitkonstante J des Simulationskrei­ ses 6d für das mechanische System kleiner ist als das Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems, dann eilt die Änderung des aktuellen Geschwindig­ keitssignals ωm abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 hinter der Änderung des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 nach, wie in Fig. 17(a) gezeigt wird. Wie es aus der Fig. 17(a) offensichtlich ist, ist das dritte Ge­ schwindigkeitsabweichungssignal Δω3 positiv während der Beschleunigung und negativ während der Verzöge­ rung. Wenn dagegen die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6d für das mechanische System größer als das Trägheitsmoment des aktuellen mechani­ schen Systems ist, dann eilt die Änderung des simu­ lierten Geschwindigkeitssignals ωa abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 hin­ ter der Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssi­ gnals ωm abhängig von der Änderung des zweiten Ge­ schwindigkeitssignals ω2 nach. Somit ist das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω3 negativ während der Beschleunigung und positiv während der Verzöge­ rung. Daher wird die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6d für das mechanische System so korrigiert, daß der absolute Wert der Amplitude des dritten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω3 abfällt.
Die Polarität des dritten Geschwindigkeitsabwei­ chungssignals Δω3 hängt von der Betriebsart des Gleichstrommotors 1a ab. Wie aus Fig. 17(b) zu erken­ nen ist, ist es möglich, festzustellen, ob der Gleichstrommotor 1a beschleunigt oder verzögert wird durch Untersuchung der Polarität des zweiten Drehmo­ mentsignals τ2. Das heißt, das zweite Drehmomentsi­ gnal τ2 ist während der Beschleunigung positiv und während der Verzögerung negativ. Wenn beispielsweise das Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω3 während der Beschleunigung positiv ist, d. h., wenn das zweite Drehmomentsignal τ2 positiv ist, dann wird die Inte­ grationszeitkonstante J des Simulationskreises 6d des mechanischen Systems erhöht. Wenn die Integrations­ zeitkonstante J des Simulationskreises 6d des mecha­ nischen Systems so korrigiert wird, können die Über­ tragungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises 10b entsprechend dem Träg­ heitsmoment des aktuellen mechanischen Systems unter Verwendung des Ausdrucks (4) verbessert werden. Ob­ wohl das Verfahren zur Korrektur der Integrations­ zeitkonstanten J des Simulationskreises 6d für das mechanische System für einen Fall beschrieben wurde, in dem der Übertragungsfaktor K1 des ersten Posi­ tionssteuer/Regelkreises 5 klein im Vergleich mit dem Übertragungsfaktor K2 des zweiten Positionssteuer/- Regelkreises 7 ist, können die Integrationszeitkon­ stante J des Simulationskreises 6d des mechanischen Systems und die Übertragungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b mit dem gleichen Verfahren korrigiert werden, da das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω3 nicht null ist, wenn die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6d für das mechanische System sich von dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems unterscheidet.
Die Betriebsweise des siebenten Ausführungsbeispiels wird im folgenden beschrieben. Die jeweiligen Funk­ tionsweisen der Komponenten und Kreise des siebenten Ausführungsbeispiels entsprechen denen des sechsten Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme derjenigen des Simulationskreises 6d für das mechanische System, des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b, des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11b und des Korrekturkreises 14 und ihre Beschreibung wird daher ausgelassen.
Bezugnehmend auf Fig. 14 liefert der Addierer 116 in dem Korrekturkreis 14 die Integrationszeitkonstante des Simulationskreises 6d für das mechanische System, d. h. das Trägheitsmoment J. Das heißt, der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b liefert das zweite Drehmomentsignal τ2 über den Eingangsanschluß 111 an den Polaritätsunterscheidungskreis 112 und der Polaritätsunterscheidungskreis 112 erzeugt ein Pola­ ritätssignal Sg. Es wird angenommen, daß das Polari­ tätssignal Sg "1" ist, wenn die Polarität des zweiten Drehmomentsignals τ2 positiv ist und "-1" ist, wenn das zweite Drehmomentsignal τ2 negativ ist. Dann mul­ tipliziert der Multiplizierer das von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b über den Ein­ gangsanschluß 110 gelieferte Drehmomentsignal τ3p mit dem Polaritätssignal Sg und das Ausgangssignal des Multiplizierers 113 wird dem Integrierer 114 zuge­ führt. Der Addierer 116 addiert die Korrektur ΔJ für die Korrektur des Trägheitsmoments, die von dem Inte­ grierer 114 erzeugt wird, und einen gesetzten Wert J0 des Trägheitsmoments, der von einem konstanten Ein­ stellkreis 115 vorgegeben wird, um das Trägheitsmo­ ment J zu bestimmen und liefert dieses an den Aus­ gangsanschluß 119. Der gesetzte Wert J0 des Träg­ heitsmoments ist beispielsweise gleich dem Trägheits­ moment des Gleichstrommotors 1a.
Die Übertragungsfaktoren Kp2 und Ki2 des zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b werden gelie­ fert. Das heißt, wenn das Trägheitsmoment J an die Koeffizientenmultiplizierer 117, 118 gegeben wird, werden die Übertragungsfaktoren Kp2 und Ki2 unter Ver­ wendung des Ausdrucks (4) berechnet und jeweils über die Ausgangsanschlüsse 120 und 121 ausgesandt. Darauf erzeugt der in dem Simulationskreis 6d für das mecha­ nische System nach Fig. 23 enthaltene Integrierer 183 das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa. Das heißt, der Subtrahierer 181 subtrahiert das von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b über den Ein­ gangsanschluß 180b gelieferte Drehmomentsignal τ3 von dem von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b an den Eingangsanschluß 180a gelieferten zweiten Drehmomentsignal τ2, um das simulierte Drehmomentsi­ gnal τa zu bestimmen. Dann werden das simulierte Drehmomentsignal τa und das von dem Korrekturkreis 14 an den Eingangsanschluß 180c gelieferte Trägheitsmo­ ment J an den Teiler 182 gegeben und das Ausgangssi­ gnal des Teilers 182 wird dem Integrierer 183 zuge­ führt. Der Integrierer 183 integriert das simulierte Drehmomentsignal τa und es wird das simulierte Ge­ schwindigkeitssignal ωa über den Ausgangsanschluß 185 ausgesandt. Somit kann das simulierte Geschwindig­ keitssignal ωa erhalten werden, indem das simulierte Drehmomentsignal τa an den Integrierer geliefert wird, der eine Integrationszeitkonstante gleich dem Trägheitsmoment J aufweist.
Beim Empfang des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa berechnet der Integrierer 184 das simulierte Dreh­ momentsignal Ra unter Verwendung des Ausdrucks (1) und liefert dieses an den Ausgangsanschluß 186.
In dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 12b nach Fig. 12 liefert der Begrenzungskreis 96 das zweite Drehmomentsignal τ2. Das heißt, der Subtrahie­ rer 91 subtrahiert das von dem Simulationskreis 6d für das mechanische System an den Eingangsanschluß 89 gegebene simulierte Geschwindigkeitssignal ωa von dem von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 an den Eingangsanschluß 88 gelieferten zweiten Geschwindig­ keitssignal ω2, um das zweite Geschwindigkeitsabwei­ chungssignal Δω2 (=ω2-ωa) zu bestimmen, und dann multipliziert der Multiplizierer das zweite Geschwin­ digkeitsabweichungssignal Δω2 mit dem proportionalen Übertragungsfaktor Kp2, der von dem Korrekturkreis 14 über den Eingangsanschluß 90 geliefert wird, und das Ausgangssignal des Multiplizierers wird an den Inte­ grierer 94 gegeben. Der Addierer 95 addiert die je­ weiligen Ausgangssignale des Multiplizierers 92 und des Integrierers 94, um das zweite Drehmomentsignal T2 zu erhalten und sendet dieses über den Begren­ zungskreis 96 an den Ausgangsanschluß 97. Der Begren­ zungskreis verhindert, daß der absolute Wert der Am­ plitude des zweiten Drehmomentsignals τ2 einen be­ stimmten Wert überschreitet.
Achtes Ausführungsbeispiel
Obwohl das sechste und siebente Ausführungsbeispiel für einen Fall beschrieben wurde, in dem der Addierer 8 das erste Geschwindigkeitssignal ω1 und das zweite Geschwindigkeitssignal ω2 zur Bestimmung des dritten Geschwindigkeitssignals ω3 addiert, kann das dritte Geschwindigkeitssignal ω3 durch Addieren des ersten Geschwindigkeitssignals ω1 und eines gewichteten Ge­ schwindigkeitssignals erhalten werden, wobei das ge­ wichtete Geschwindigkeitssignal durch Wichtung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 durch einen Koef­ fizientenmultiplizierer mit einem Skalierfaktor im Bereich von 0 bis 1 erzielt wird.
Neuntes Ausführungsbeispiel
In dem siebenten Ausführungsbeispiel nach Fig. 22 ändert sich die Betriebsgeschwindigkeit des Gleich­ strommotors 1a, wenn ein Lastmoment auf die Lastma­ schine 3 aufgebracht wird und folglich ändert sich die vom Rotationsdetektor 4 gelieferte aktuelle Ge­ schwindigkeit ωm. Da allerdings das aktuelle Ge­ schwindigkeitssignal ωm nicht an den zweiten Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b gegeben wird, ändert sich nicht das simulierte Geschwindigkeitssi­ gnal ωa, das von dem das zweite Drehmomentsignal τ2 von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b empfangenden Simulationskreis 6b für das mechanische System geliefert wird. Wenn daher das Lastdrehmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht wird, ist das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω3 (ωa =ωm) nicht null und somit ist es möglich, daß der Korrek­ turkreis 14 nicht in der Lage ist, das Trägheitsmo­ ment, d. h. die Integrationszeitkonstante des Simula­ tionskreises 6d für das mechanische System richtig zu korrigieren.
In einem solchen Fall kann eine Entscheidung, ob die Korrektur des Trägheitsmomentes durch den Korrektur­ kreis 14 nötig ist oder nicht, unter Bezugnahme auf die Amplitude des zweiten Drehmomentsignals τ2 durch­ geführt werden. Das heißt, da die Amplitude des zwei­ ten Drehmomentsignals τ2 sich nur ändert, wenn sich das Drehwinkel-Befehlssignal Rms ändert, kann das Trägheitsmoment nur korrigiert werden, wenn der ab­ solute Wert des zweiten Drehmomentsignals τ2 einen bestimmten Wert überschreitet oder das Trägheitsmo­ ment kann nur korrigiert werden, wenn der absolute Wert des zweiten Geschwindigkeitssignals ω2 einen bestimmten Wert überschreitet.
Wenn die Funktion des Korrekturkreises 14 so gesteu­ ert wird, wird das Trägheitsmoment nur während der Beschleunigung und der Verzögerung korrigiert. Da das Lastmoment im allgemeinen sich selten während der Beschleunigung und der Verzögerung beim Steuern bzw. Regeln eines elektrischen Motors durch eine Posi­ tionssteuer/Regeleinrichtung ändert, kann das Träg­ heitsmoment richtig und gut korrigiert werden, selbst wenn das Lastdrehmoment auf die Lastmaschine 3 aufge­ bracht wird und somit kann der Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises richtig und genau durch Steuern des Korrekturkreises 14 mit einem derartigen Verfahren korrigiert werden.
Zehntes Ausführungsbeispiel
Obwohl die vorhergehenden Ausführungsbeispiele sieben bis neun für einen Fall beschrieben wurden, in dem nur der Übertragungsfaktor bzw. die Verstärkung des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b ent­ sprechend dem Trägheitsmoment des Simulationskreises 6d für das mechanische System korrigiert wurde, kann der Übertragungsfaktor des ersten Geschwindigkeits­ steuer/Regelkreises 9 oder des dritten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises 11b zusätzlich zu dem Ver­ stärkungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/- Regelkreises 10b korrigiert werden.
Elftes Ausführungsbeispiel
Obwohl die vorhergehenden Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit der Regelung des Gleichstrommotors 1a beschrieben wurden, kann die Erfindung auch zum Regeln bzw. Steuern eines Induktionsmotors oder eines Synchronmotors verwendet werden. Da das Ausgangsdreh­ moment eines solchen Wechselstrommotors mit einer entsprechend hohen Ansprechgeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden kann, wie die Ansprechgeschwin­ digkeit, bei dem das Ausgangssignal des Gleichstrom­ motors 1a gesteuert bzw. geregelt wird, durch ein allgemein bekanntes Vektorsteuer/Regelverfahren, kann das Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors einfach so geregelt werden, daß es mit dem endgültigen Dreh­ momentsignal τms übereinstimmt.
Zwölftes Ausführungsbeispiel
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem zwölf­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 24 bis 28 beschrieben. Wie in Fig. 24 gezeigt wird, sind die Kreise und Bauelemente des zwölften Ausführungs­ beispiels die gleichen wie diejenigen der vorherge­ henden Ausführungsbeispiele mit der Ausnahme eines Berechnungskreises 194 für das Vorkopplungssignal (feed-forward signal), eines Positionssteuer/Regel­ kreises 196, eines Geschwindigkeitssteuer/Regelkrei­ ses 197 und eines Drehmomentsteuer/Regelkreises 198.
In Fig. 25 umfaßt der Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal einen mit dem Kreis 15 zur Erzeu­ gung des Drehwinkel-Befehlssignals verbundenen Ein­ gangsanschluß 220, einen mit dem Eingangsanschluß 220 verbundenen Subtrahierer 221, einen mit dem Subtra­ hierer verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 222, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 222 verbun­ denen Subtrahierer 223, einen mit dem Subtrahierer 223 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 224, ei­ nen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 224 verbunde­ nen Begrenzungskreis, einen mit dem Begrenzungskreis 225 verbundenen Integrierer 226, einen mit dem Inte­ grierer 226 verbundenen Integrierer 227, einen mit dem Begrenzungskreis 225 verbundenen Ausgangsanschluß 228, einen mit dem Integrierer 226 verbundenen Aus­ gangsanschluß 229 und einen mit dem Integrierer 227 verbundenen Ausgangsanschluß 230.
In Fig. 26 umfaßt der Positionssteuer/Regelkreis 196 einen mit dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopp­ lungssignal verbundenen Eingangsanschluß 231, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsan­ schluß 232, einen mit den Eingangsanschlüssen 231 und 232 verbundenen Subtrahierer 233, einen mit dem Sub­ trahierer 233 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 234 und einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 234 verbundenen Ausgangsanschluß 235.
Der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 nach Fig. 27 umfaßt einen mit dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal verbundenen Eingangsanschluß 236, einen mit dem Positionssteuer/Regelkreis 196 verbun­ denen Eingangsanschluß 237, einen mit den Eingangs­ anschlüssen 236 und 237 verbundenen Addierer 238, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Ein­ gangsanschluß 239, einen mit dem Addierer 238 und dem Eingangsanschluß 239 verbundenen Subtrahierer 240, einen mit dem Subtrahierer 240 verbundenen Integrie­ rer 241, einen mit dem Subtrahierer 240 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 242, einen mit dem Inte­ grator 241 und dem Koeffizientenmultiplizierer 242 verbundenen Addierer 243 und einen mit dem Addierer 243 verbundenen Ausgangsanschluß 244.
Der Drehmomentsteuer/Regelkreis 198 nach Fig. 28 um­ faßt einen mit dem Berechnungskreis 198 für das Vor­ kopplungssignal verbundenen Eingangsanschluß 246, einen mit dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 verbundenen Eingangsanschluß 247, einen mit einem nicht dargestellten Stromdetektor verbundenen Ein­ gangsanschluß 248, einen mit den Eingangsanschlüssen 246 und 247 verbundenen Addierer 249, einen mit dem Addierer 249 verbundenen Begrenzungskreis 250, einen mit dem Begrenzungskreis verbundenen Koeffizienten­ multiplizierer 251, einen mit dem Eingangsanschluß 248 und dem Koeffizientenmultiplizierer 251 verbunde­ nen Subtrahierer 252, einen mit dem Subtrahierer 252 verbundenen Integrierer 253, einen mit dem Subtrahie­ rer 252 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 254, einen mit dem Integrierer und dem Koeffizientenmulti­ plizierer 254 verbundenen Addierer 255, einen mit dem Addierer 255 verbundenen PWM-Kreis 256 und einen mit dem PWM-Kreis 256 verbundenen Ausgangsanschluß 257.
Vor der Beschreibung der Funktionsweise des zwölften Ausführungsbeispiels soll das Prinzip der Regelung des Drehwinkels, d. h. der Position des Gleichstrommo­ tors 1a in Zusammenhang mit einem Steuersystem nach Fig. 24 beschrieben werden, wobei der Berechnungs­ kreis 194 für das Vorkopplungssignal, das das Dreh­ winkel-Befehlssignal Rms von dem Erzeugungskreis 15 des Drehwinkel-Befehlssignals empfängt, wobei in der Annahme das Drehwinkel-Befehlssignal Rms an den Po­ sitionssteuer/Regelkreis 196 geliefert wird und nicht das von dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopp­ lungssignal erzeugte simulierte Drehwinkelsignal Ra. In diesem Regelsystem wird angenommen, daß der Posi­ tionssteuer/Regelkreis 196 das erste Geschwindig­ keitssignal ω1 durch Verstärken der Differenz zwi­ schen dem Drehwinkel-Befehlssignal Rms und dem aktu­ ellen Drehwinkelsignal Rm erzeugt, der Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 197 das erste Drehmomentsignal τ1 durch Verstärken der Differenz zwischen dem ersten Geschwindigkeitssignal ω1 und dem aktuellen Geschwin­ digkeitssignal ωm erzeugt und der Drehmomentsteuer/- Regelkreis 198 und der Umformerkreis 13 den Gleich­ strommotor 1a so regeln, daß das Ausgangsdrehmoment τm des Gleichstrommotors 1a mit dem ersten Drehmo­ mentsignal τ1 übereinstimmt.
Wie oben erwähnt, ist das Regelsystem ein gemeinsames Positionssteuer/Regelsystem mit einer Geschwindig­ keitsregelschleife als Unterschleife. Wie allgemein bekannt ist, werden, wenn der Drehmomentübertragungs­ mechanismus 2 (Fig. 13) eine relativ niedrige Steif­ heit aufweist, starke Schwingungen durch mechanische Resonanzen erzeugt, wenn die Verstärkung des Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreises 197 erhöht wird, um die Ansprechgeschwindigkeit des Geschwindigkeitssteu­ er/Regelkreises 197 zu erhöhen. In einem solchen Fall ist es schwierig, die Ansprechfrequenz der Geschwin­ digkeitsregelschleife, d. h. der Unterschleife, zu erhöhen und somit ist es schwierig, die Ansprechfre­ quenz der Positionsregelschleife zu erhöhen.
Das aktuelle Drehwinkelsignal Rm, das den aktuellen Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a darstellt und das aktuelle Geschwindigkeitssignal ωm, das die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a dar­ stellt und von dem Rotationsdetektor 4 geliefert wer­ den, werden jeweils dem Positionssteuer/Regelkreis 196 und dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 zugeführt. Wenn diese Signale Schwingungskomponenten entsprechend den durch die mechanischen Resonanzen erzeugten Schwingungen aufweisen, werden die Schwin­ gungskomponenten durch den Positionssteuer/Regelkreis 196 und den Geschwindigkeits/Regelkreis 197 jeweils verstärkt. Daher kann die Ansprechfrequenz der Posi­ tionsregelschleife und der Geschwindigkeitsregel­ schleife nicht erhöht werden.
Um ein derartiges Problem zu lösen, wird bei der vor­ liegenden Erfindung der Gleichstrommotor 1a in einem Vorkopplungsregelmodus (Parallelregelung) geregelt. Ein Simulationskreis 194a für das mechanische System approximiert ein mechanisches System, bestehend aus dem Gleichstrommotor 1a, dem Drehmomentübertragungs­ mechanismus 2 und der Lastmaschine 3 durch zwei Inte­ grationselemente, dargestellt durch:
ωa= τa/JS, Ra =ωa/S (6)
Der Simulationskreis 194a für das mechanische System umfaßt einen ersten Integrierer 226, der ein simu­ liertes Drehmomentsignal τa integriert, wie später beschrieben wird, und ein simuliertes Geschwindig­ keitssignal ωa erzeugt, und einen zweiten Integrierer 227, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa integriert und das simulierte Drehwinkelsignal Ra erzeugt. Obwohl das aktuelle mechanische System Schwingungscharakteristiken höherer Ordnung und nicht lineare Übertragungscharakteristiken aufweist, die dem Flankenspiel und dergleichen des Zahnradwerks zuzuschreiben sind, approximiert der Simulationskreis 194a für das mechanische System die Drehmoment-Ge­ schwindigkeitsübertragungscharakteristik und die Ge­ schwindigkeits-Drehwinkelübertragungscharakteristik des mechanischen Systems auf ideale integrierende Elemente, ohne Rücksicht auf die Schwingungseigen­ schaften und die nicht linearen Eigenschaften.
Wie in Fig. 29 gezeigt wird, wird der Simulations­ kreis 194a für das mechanische System durch einen Steuer/Regelkreis 194c für die simulierte Position und ein Steuer/Regelkreis 194b für eine simulierte Geschwindigkeit gesteuert. Der Steuer/Regelkreis 194b für die simulierte Geschwindigkeit liefert ein simu­ liertes Drehmomentsignal τa an den Simulationskreis 194a für das mechanische System. Die jeweiligen Über­ tragungsfaktoren der Steuer/Regelkreise 194c und 194b für die simulierte Position und die simulierte Ge­ schwindigkeit werden so eingestellt, daß ihre An­ sprechfrequenzen durch das folgende Verfahren jeweils bestimmten Werten entsprechen.
Bezugnehmend auf Fig. 29 ist die Beziehung zwischen dem simulierten Geschwindigkeitsbefehlssignal ωas, das von dem Steuer/Regelkreis 194c für die simulierte Position geliefert wird und dem simulierten Geschwin­ digkeitssignal ωa durch die folgende Übertragungs­ funktion Gs(S) ausgedrückt:
Gs(S)=ωa/ωas=1/(1+TscS) (Tsc = J/Ksa) (7)
Es wird angenommen, daß die Ansprechgeschwindigkeit des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa auf das simulierte Geschwindigkeitsbefehlssignal ωas ωsc ist. Dann ist die Zeitkonstante Tsc in dem Ausdruck (7) reziprok zu der Ansprechfrequenz ωsc, die Verstärkung Ksa des Steuer/Regelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit kann unter Verwendung des folgenden Ausdrucks bestimmt werden, wenn die Ansprechfrequenz ωsc gegeben ist:
Ksa=Jωsc (ωsc=1/Tsc) (8)
Es wird angenommen, daß die Ansprechfrequenz ωsc der Regelschleife für die simulierte Geschwindigkeit ein Vielfaches der Ansprechgeschwindigkeit ωpc der Regel­ schleife für die simulierte Position ist. Dann kann beim Einstellen des Verstärkungsfaktors Kpa des Steu­ er/Regelkreises 194c der simulierten Position die Zeitkonstante Tsc des Ausdrucks (7) als null angesehen werden. Somit kann die Übertragungsfunktion Gp(S) des simulierten Drehwinkelsignals Ra zu dem Drehwinkel- Befehlssignal Rms durch die folgende Übertragungs­ funktion der Verzögerung erster Ordnung approximiert werden:
Gp(S)=Ra/Ras=1/(1+TpcS) (Tpc=1/Kps) (9)
Aus der Gleichung (9) kann der Übertragungsfaktor Kpa des Steuer/Regelkreises 194c der simulierten Position ähnlich zu dem Übertragungsfaktor Ksa des Steuer/Re­ gelkreises 194b der simulierten Geschwindigkeit unter Verwendung des folgenden Ausdrucks bestimmt werden:
Kpa=ωpc (ωpc = 1/Tsc) (10)
Der Simulationskreis 194a für das mechanische System wird von den Steuer/Regelkreisen 194c und 194b für die simulierte Position und die simulierte Geschwin­ digkeit gesteuert bzw. geregelt und das aktuelle Ge­ schwindigkeitssignal ωm und das aktuelle Drehwinkel­ signal Rm, die jeweils die aktuelle Betriebsgeschwin­ digkeit und den aktuellen Drehwinkel des Gleichstrom­ motors 1a darstellen, werden nicht verwendet. Daher kann der Verstärkungsfaktor durch die Verwendung der Gleichungen (8) und (10) bestimmt werden, so daß der Simulationskreis 194a für das mechanische System auf die Änderung des Drehwinkel-Befehlssignals Rms in gewünschten Übergangsfunktionseigenschaften an­ spricht. Wenn der Gleichstrommotor 1a so geregelt wird, daß das Ausgangsdrehmoment τm des Gleichstrom­ motors 1a mit einem Drehmoment entsprechend dem simu­ lierten Drehmomentsignal τa übereinstimmt, das von dem Steuer/Regelkreis 194b für die simulierte Ge­ schwindigkeit geliefert wird, dann können die Be­ triebsgeschwindigkeit und der Drehwinkel des Gleich­ strommotors 1a bei den gleichen Ansprecheigenschaften geregelt werden wie bei denen der Regelschleife für die simulierte Geschwindigkeit und der Regelschleife für die simulierte Position.
Wenn allerdings die Integrationszeitkonstante des ersten Integrierers 226 des Simulationskreises 194a für das mechanische System, d. h. das Trägheitsmoment J, unterschiedlich zu dem Trägheitsmoment des aktuel­ len mechanischen Systems, bestehend aus Gleichstrom­ motor 1a, Drehmomentübertragungsmechanismus 2 und Lastmaschine 3, ist oder wenn ein Lastdrehmoment τL auf das aktuelle mechanische System aufgebracht wird, dann stimmt das Ansprechen des Simulationskreises 194a des mechanischen Systems nicht mit dem Anspre­ chen des aktuellen mechanischen Systems überein. Da­ her können die Betriebsgeschwindigkeit und der Dreh­ winkel des Gleichstrommotors 1a nicht mit den glei­ chen Ansprecheigenschaften wie die Regelschleife für die simulierte Geschwindigkeit und die Regelschleife für die simulierte Position geregelt werden, nur durch Regeln des Gleichstrommotors 1a in der Weise, daß das Ausgangsdrehmoment τm des Gleichstrommotors 1a mit dem durch das simulierte Drehmomentsignal τa dargestellte Drehmoment übereinstimmt. Wenn darüber hinaus der Drehmomentübertragungsmechanismus 2 eine relativ niedrige Starrheit aufweist, ist es möglich, daß Schwingungen durch mechanische Resonanz erzeugt werden, wenn die Übertragungsfaktoren des Steuer/Re­ gelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit und des Steuer/Regelkreises 194c für die simulierte Position exzessiv gesteigert werden.
Um diese Probleme zu lösen, verstärkt der Positions­ steuer/Regelkreis 196 ein Drehwinkelabweichungssi­ gnal, d. h. die Differenz zwischen dem simulierten Drehwinkelsignal Ra und dem aktuellen Drehwinkelsi­ gnal Rm, und erzeugt das erste Geschwindigkeitssignal ω1, wie in Fig. 24 gezeigt wird. Der Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis 197 verstärkt das Geschwindig­ keitsabweichungssignal, d. h. die Differenz zwischen dem aktuellen Geschwindigkeitssignal ωm und dem zwei­ ten Geschwindigkeitssignal ω2, das durch Addieren des ersten Geschwindigkeitssignals ω1 und des simulierten Geschwindigkeitssignals ω2 erhalten wurde, um das erste Drehmomentsignal τ1 zu erzeugen. Der Drehmo­ mentsteuer/Regelkreis 198 und der Umformungskreis 13 regeln den Gleichstrommotor 1a in der Weise, daß das Ausgangsdrehmoment τm des Gleichstrommotors 1a mit dem Drehmoment übereinstimmt, das durch das durch Addieren des ersten Drehmomentsignals τ1 und des si­ mulierten Drehmomentsignals τa erhaltene endgültige Drehmomentbefehlssignal τms repräsentiert wird. Folg­ lich wird die Wirkung der Differenz in den Ansprech­ eigenschaften zwischen dem Simulationskreis 194a für das mechanische System und dem aktuellen mechanischen System verringert und die Betriebsgeschwindigkeit und der Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a können mit den gleichen Ansprecheigenschaften gesteuert werden wie die Regelschleife für die simulierte Geschwindig­ keit und die Regelschleife für die simulierte Posi­ tion.
Die Funktionsweise des zwölften Ausführungsbeispiels wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 24 bis 28 beschrieben.
Entsprechend Fig. 25 erzeugt der Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal das simulierte Drehwinkel­ signal Ra, das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa und das simulierte Drehmomentsignal τa. Das heißt, der Subtrahierer 221 subtrahiert das von dem Inte­ grierer zugeführte simulierte Drehwinkelsignal Ra, dessen Betriebsweise später beschrieben wird, von dem vom Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssi­ gnal an den Eingangsanschluß 220 gegebenen Drehwin­ kel-Befehlssignal Rms, um das simulierte Drehwinkel- Abweichungssignal ΔRa (= Rms-Ra) zu bestimmen und liefert dieses an den Koeffizientenmultiplizierer 222. Dann bestimmt der Koeffizientenmultiplizierer 222 das simulierte Geschwindigkeitsbefehlssignal ωas. Der Koeffizientenmultiplizierer 222 ist eines der Bauteile des Steuer/Regelkreises 194c für die simu­ lierte Position. Der Koeffizient Kpa des Koeffizien­ tenmultiplizierers 222 ist unter Verwendung des Aus­ drucks (10) festgelegt.
Dann subtrahiert der Subtrahierer das von dem Inte­ grierer 226, dessen Funktion später beschrieben wird, erzeugte simulierte Geschwindigkeitssignal ωa von dem Koeffizientenmultiplizierer 222 gelieferte simulierte Drehwinkel-Befehlssignal ωas, um das simu­ lierte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δωa (=ωas-ωa) zu bestimmen und gibt dieses an den Koeffizientenmultiplizierer 224. Dann erzeugt der Koeffizientenmultiplizierer 224 das simulierte Dreh­ momentsignal τa. Der Koeffizientenmultiplizierer 224 ist ein Bauteil des Steuer/Regelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit und sein Koeffizient Ksa wird unter der Verwendung des Ausdrucks (8) festgele­ gt. Das simulierte Drehmomentsignal τa wird an den Begrenzungskreis 225 gegeben, der verhindert, daß der absolute Wert der Amplitude des simulierten Drehmo­ mentsignals τa einen spezifischen maximalen Wert überschreitet. Das simulierte Drehmomentsignal τa, das an den Begrenzungskreis 225 gegeben wurde, wird über den Ausgangsanschluß 228 ausgesandt und zur gleichen Zeit dem Integrierer 226 zugeführt. Der In­ tegrierer 226 führt eine Berechnung unter Verwendung des Ausdrucks (6) aus und erzeugt das simulierte Ge­ schwindigkeitssignal ωa. Das simulierte Geschwindig­ keitssignal ωa wird an den Ausgangsanschluß 229 gege­ ben und zur gleichen Zeit dem Integrierer 227 zuge­ führt. Der Integrierer 227 führt eine Berechnung un­ ter Verwendung des Ausdrucks (6) aus, und sendet über den Ausgangsanschluß 230 das simulierte Drehwinkelsi­ gnal Ra aus.
Die Integrierer 226 und 227 sind Bauteile des Simula­ tionskreises 194a für das mechanische System und ent­ sprechen dem ersten und zweiten Integrierer der Fig. 29. Die Integrationszeitkonstante J des Integrierers 226 ist gleich dem Trägheitsmoment des mechanischen Systems.
Der Koeffizientenmultiplizierer 234 des Positions­ steuer/Regelkreises 196 nach Fig. 26 erzeugt das er­ ste Geschwindigkeitssignal ω1. Das heißt, der Subtra­ hierer 233 subtrahiert das von dem Rotationsdetektor 4 über den Eingangsanschluß 232 gelieferte aktuelle Drehwinkelsignal Rm von dem von dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal über den Eingangsan­ schluß 231 gelieferten simulierten Drehwinkelsignals Ra, um das Drehwinkelabweichungssignal ΔR(=Ra-Rm) zu bestimmen und liefert dieses an den Koeffizienten­ multiplizierer 234. Der Koeffizientenmultiplizierer bestimmt das erste Geschwindigkeitssignal ω1 und sen­ det dasselbe über den Ausgangsanschluß 235 aus.
Daraufhin erzeugt der Addierer 243 in dem Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 197 nach Fig. 27 das erste Drehmomentsignal τ1. Das bedeutet, daß der Addierer das von dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopp­ lungssignal über den Eingangsanschluß 236 gelieferte simulierte Geschwindigkeitssignal ωa und das von dem Positionssteuer/Regelkreis 196 über den Eingangsan­ schluß 237 gelieferte erste Geschwindigkeitssignal ω1 addiert, um das zweite Geschwindigkeitssignal ω (= ωa+ω1) zu erzeugen. Der Subtrahierer 240 sub­ trahiert das von dem Rotationsdetektor 4 über den Eingangsanschluß 239 gelieferte aktuelle Geschwindig­ keitssignal ωm von dem zweiten Geschwindigkeitssignal ω2 um das Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω(=ω2-ωm) zu bestimmen und führt dieses dem In­ tegrierer 241 und dem Koeffizientenmultiplizierer 242 zu. Der Addierer 243 addiert die jeweiligen Ausgangs­ signale des Integrierers 241 und des Koeffizienten­ multiplizierers 242, um das erste Drehmomentsignal τ1 zu erhalten und sendet dieses über den Ausgangsan­ schluß 244 aus.
Der Addierer 249 in dem Drehmomentsteuerkreis 198 nach Fig. 28 erzeugt das endgültige Drehmomentbe­ fehlssignal τms. Das bedeutet, daß der Addierer 249 das von dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopp­ lungssignal über den Eingangsanschluß 246 gelieferte simulierte Drehmomentsignal τa und das von dem Ge­ schwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 über den Ein­ gangsanschluß gelieferte erste Drehmomentsignal τ1 addiert, um das endgültige Drehmomentbefehlssignal τms (=τ1+τa) zu bestimmen und liefert dieses an den Begrenzungskreis 250. Der Begrenzungskreis 250 ver­ hindert, daß die Amplitude des endgültigen Drehmo­ mentbefehlssignals τms einen bestimmten Wert über­ schreitet.
Dann erzeugt der Koeffizientenmultiplizierer 251 das Ankerstrom-Befehlssignal Ias. Wie allgemein bekannt ist, wird die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmo­ ment τm des Gleichstrommotors 1a und dem Ankerstrom Ia durch den Ausdruck (2) repräsentiert, in dem KT eine Drehmomentkonstante ist. Somit bestimmt bei Emp­ fang des endgültigen Drehmomentbefehlssignals τms der einen Koeffizienten gleich 1/KT aufweisende Koeffi­ zientenmultiplizierer 251 das Ankerstrom-Befehlssi­ gnal Ias.
Der Subtrahierer 252 erzeugt das Stromabweichungssi­ gnal ΔI (= Ias-Ia). Das heißt, der Subtrahierer 252 subtrahiert den von dem nicht dargestellten Stromde­ tektor über den Eingangsanschluß 248 gelieferten ak­ tuellen Ankerstrom Ia von dem von dem Koeffizienten­ multiplizierer 251 gelieferten Ankerstrom-Befehlssi­ gnal Ias, um das Stromabweichungssignal ΔI zu bestim­ men und liefert dieses an den Integrierer 253 und den Koeffizientenmultiplizierer 254. Der Addierer 255 erzeugt das Klemmenspannungs-Befehlsignal Vas und führt dieses dem PWM-Kreis 256 zu. Der PWM-Kreis er­ zeugt ein Steuersignal zum Steuern der vier Schalter­ elemente des Umformungskreises 13, der einen Quadran­ tenzerhackerkreis aufweist, auf der Grundlage des Klemmenspannungs-Befehlssignals Vas. Der PWM-Kreis 256 weist einen bekannten Aufbau auf und daher wird seine Beschreibung ausgelassen.
Der PWM-Kreis 256 und der Umformerkreis 13 regeln die Klemmenspannung Va des Gleichstrommotors 1a so, daß sie mit der Spannung übereinstimmt, die durch das Klemmenspannungs-Befehlssignal Vas repräsentiert wird. Aus dem Vorgehenden ist zu erkennen, daß der Drehmo­ mentsteuer/Regelkreis 198 nach Fig. 28 und der Umfor­ merkreis 13 das Ausgangsdrehmoment τm des Gleich­ strommotors 1a so regeln, daß es mit dem durch das endgültige Drehmomentbefehlssignal Tms vorgegebenen Drehmoment übereinstimmt.
Der Koeffizient Kpp des Koeffizientenmultiplizierers 234, der in dem Positionssteuer/Regelkreis 196 nach Fig. 26 enthalten ist, entspricht dem Übertragungs­ faktor des Positionssteuer-/ und Regelkreis nach dem Stand der Technik und kann durch ein bekanntes Ver­ fahren bestimmt werden. Der Koeffizient Ksp des in dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 nach Fig. 27 enthaltenen Koeffizientenmultiplizierer 242 und der Übertragungsfaktor Ksi des in dem Geschwindigkeits­ steuer/Regelkreis 197 nach Fig. 27 enthaltenen Inte­ grierers 241 entsprechen jeweils dem proportionalen Übertragungsfaktor und dem integralen Übertragungs­ faktor des Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises nach dem Stand der Technik und können durch ein bekanntes Verfahren bestimmt werden. Wenn das Lastdrehmoment stationär ist, kann die Änderung der Betriebsge­ schwindigkeit des Gleichstrommotors 1a bei stationä­ rem Lastdrehmoment über die Integrationsoperation des Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 197 verhindert werden. Obwohl der in Fig. 27 gezeigte Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreis das Geschwindigkeitsabwei­ chungssignal Δω empfängt und das erste Drehmomentsi­ gnal τ1 über eine proportionale plus integrale Opera­ tion bestimmt, können durch mechanische Resonanz be­ wirkte Vibrationen weiter effektiv unterdrückt werden durch die proportionale plus integrale plus derivati­ ve bzw. differenzierende Operation.
Die jeweiligen Koeffizienten Kcp des Koeffizientenmul­ tiplizierers 254 und die Verstärkung Kci des Integrie­ rers 253 in dem Drehmomentsteuer/Regelkreis 198 nach Fig. 28 entsprechen jeweils dem proportionalen Ver­ stärkungsfaktor und dem integralen Verstärkungsfaktor des Stromsteuer/Regelkreises nach dem Stand der Tech­ nik und können durch ein bekanntes Verfahren bestimmt werden.
Dreizehntes Ausführungsbeispiel
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 30, 31 und 32 beschrieben. Wie in Fig. 30 gezeigt wird, sind der Gleichstrommotor 1a, der Drehmomentübertragungsmecha­ nismus 2, die Lastmaschine 3, der Rotationsdetektor 4, der Positionssteuer/Regelkreis 196, der Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 197, der Drehmomentsteuer/- Regelkreis 198, der Umformungskreis 13 und der Erzeu­ gungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal iden­ tisch zu denen des zwölften Ausführungsbeispiels.
Das dreizehnte Ausführungsbeispiel umfaßt zusätzlich zu den Kreisen nach dem zwölften Ausführungsbeispiel einen Berechnungskreis 195 für ein Vorkopplungssi­ gnal, der variable Steuer/Regelparameter verwendet, und einen Korrekturkreis 190. Eine Drehmomentsteuer/- Regelvorrichtung nach dem dreizehnten Ausführungsbei­ spiel, ähnlich zu derjenigen nach dem zwölften Aus­ führungsbeispiel, besteht aus dem Drehmomentsteuer/- Regelkreis 198 und dem Umformerkreis 13.
Der Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal nach Fig. 31 umfaßt einen mit dem Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal verbundenen Ein­ gangsanschluß 260, einen mit dem Korrekturkreis 190 verbundenen Eingangsanschluß 261, einen mit dem Ein­ gangsanschluß 260 verbundenen Subtrahierer, einen mit dem Subtrahierer 262 verbundenen Koeffizientenmulti­ plizierer 263, einen mit dem Koeffizientenmultipli­ zierer 263 verbundenen Subtrahierer 264, einen mit dem Subtrahierer 264 verbundenen Koeffizientenmulti­ plizierer 265, einen mit dem Eingangsanschluß 261 und dem Koeffizientenmultiplizierer 265 verbundenen Mul­ tiplizierer 266, einen mit dem Koeffizientenmultipli­ zierer 265 verbundenen Integrierer 267, einen mit dem Integrierer 267 verbundenen Integrierer 268, einen mit dem Multiplizierer 266 verbundenen Ausgangsan­ schluß 269, einen mit dem Integrierer 267 verbundenen Ausgangsanschluß 270 und einen mit dem Integrierer 268 verbundenen Ausgangsanschluß 271.
Der Korrekturkreis 190 nach Fig. 32 umfaßt mit dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal ver­ bundene Eingangsanschlüsse 273, 275, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 274, einen mit den Eingangsanschlüssen 273 und 274 verbun­ denen Subtrahierer 276, einen mit dem Eingangsan­ schluß 275 verbundenen Polaritätsunterscheidungskreis 277, einen mit dem Subtrahierer 276 und dem Polari­ tätsunterscheidungskreis 277 verbundenen Multiplizie­ rer 278, einen mit dem Multiplizierer 278 verbundenen Integrierer 279, einen konstanten Einstellkreis 280, einen mit dem Integrierer 279 und dem konstanten Ein­ stellkreis 280 verbundenen Addierer 281 und einen mit dem Addierer verbundenen Ausgangsanschluß 282.
Die Einstellung der Steuer/Regelparameter für den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal nach dem dreizehnten Ausführungsbeispiel wird unter Bezug­ nahme auf die Fig. 33 beschrieben, die äquivalent zu der Fig. 29 ist. Zuerst wird die Äquivalenz der Fig. 33 mit der Fig. 29 beschrieben.
Bezugnehmend auf die Fig. 33 wird eine Transferfunk­ tion (Übertragungsfunktion) Gs (S), die die Beziehung zwischen dem simulierten Geschwindigkeitssignal ωa und dem simulierten Geschwindigkeitsbefehlssignal ωas darstellt, durch die folgende Übertragungsfunktion mit Verzögerung erster Ordnung angenähert:
Gs(S)= ωa/ωas=ωsc/(S+ωsc)=1/(1+S/ωsc). (11)
Da aus der Gleichung (8) der reziproke Wert der An­ sprechfrequenz ωsc der simulierten Geschwindigkeits­ regelschleife eine Zeitkonstante Tsc wird, ist die Gleichung (11) gleich der Gleichung (7). Aus der Gleichung (6) ist es bekannt, daß das simulierte Drehmomentsignal τa durch Multiplizieren der Ablei­ tung des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa mit dem Trägheitsmoment J erhalten werden kann. Somit kann, wie in Fig. 33 gezeigt wird, das simulierte Drehmomentsignal τa durch Multiplizieren eines Ein­ gangssignals, das einem Integrierer mit einer Inte­ grationszeitkonstanten von "1" zugeführt wird und ein simuliertes Geschwindigkeitssignal ωa erzeugt, mit dem Trägheitsmoment J erhalten werden. Darüber hinaus sind die Regelschleifen der simulierten Drehwinkel offensichtlich äquivalent. Somit ist Fig. 33 äquiva­ lent zu Fig. 29.
Wenn ein Aufbau nach Fig. 33 zur Berechnung des simu­ lierten Drehwinkelsignals Ra, des simulierten Ge­ schwindigkeitssignals ωa und des simulierten Drehmo­ mentsignals τa durch den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendet wird, ist das Trägheits­ moment J nur der einzustellende Regelparameter, wenn das Trägheitsmoment des mechanischen Systems unbe­ kannt ist oder während des Betriebes sich ändert. Die Ansprechfrequenz ωsc der Regelschleife für die simu­ lierte Geschwindigkeit ist ein gesetzter Wert und der Übertragungsfaktor Kpa der Regelschleife für die simu­ lierte Position wird unter Verwendung des Ausdrucks (10) bestimmt. Wie aus dem Vergleich der Fig. 29 und 33 offensichtlich ist, sind der Simulationskreis 194a für das mechanische System und der Steuer/Regelkreis 194b für die simulierte Geschwindigkeit diskrete Kreise in Fig. 29, während diese Kreise in Fig. 33 nicht voneinander unterscheidbar sind, was anzeigt, daß jede Schaltkreiskonfiguration äquivalent zu der der Fig. 29 für die Berechnung durch den Berechnungs­ kreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendet werden kann. Wenn eine Schaltkreiskonfiguration nach Fig. 29 verwendet wird, sind die Integrationszeitkonstante, d. h. das Trägheitsmoment J des ersten Integrierers 226, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ωa erzeugt und der Übertragungsfaktor Ksa des Steuer/Re­ gelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit die entsprechen dem Trägheitsmoment des mechanischen Systems einzustellenden Steuer/Regelparameter.
Ein Verfahren zur Korrektur des Trägheitsmoments J als Regelparameter für den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal nach dem dreizehnten Ausfüh­ rungsbeispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 34(a) und 34(b) beschrieben. Wenn das an den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal gelieferte Trägheitsmoment J kleiner ist als das Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems, eilt die Antwort des aktuellen Geschwindigkeitssi­ gnals ωm auf die Änderung des simulierten Geschwin­ digkeitsbefehlssignals ωa der Antwort dem simulierten Geschwindigkeitssignals ωa auf dieselbe nach, wie in Fig. 34(a) gezeigt wird. Wie aus der Fig. 34(a) of­ fensichtlich ist, ist die Polarität des zweiten Ge­ schwindigkeitsabweichungssignals Δω2 (= ωa-ωm) posi­ tiv während der Beschleunigung und negativ während der Verzögerung. Wenn das an den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal gegebene Trägheitsmoment J größer als das Trägheitsmoment des aktuellen mechani­ schen Systems ist, eilt die Antwort des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa auf die Änderung des simu­ lierten Geschwindigkeitsbefehlssignals ωas der Antwort des aktuellen Geschwindigkeitssignals ωm auf dieselbe nach. Daher ist die Polarität des zweiten Geschwin­ digkeitsabweichungssignals Δω2 negativ während der Beschleunigung und positiv während der Verzögerung. Somit wird das für den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendete Trägheitsmoment J kor­ rigiert, so daß der absolute Wert der Amplitude des zweiten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω2 ver­ ringert wird.
Somit ist die Polarität des zweiten Geschwindigkeits­ abweichungssignals Δω2 während der Beschleunigung und die während der Verzögerung umgekehrt zueinander. Wie aus Fig. 34(b) ersichtlich ist, ist es möglich zu entscheiden, ob der Gleichstrommotor 1a beschleunigt oder verzögert wird, indem die Polarität des von dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal er­ zeugte simulierte Drehmomentsignal τa unterschieden wird. Das bedeutet, daß die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τa positiv während der Beschleuni­ gung und negativ während der Verzögerung ist. Wenn daher der Gleichstrommotor 1a beschleunigt wird, wenn nämlich die Polarität des simulierten Drehmomentsi­ gnals τa positiv ist, wird das in dem Berechnungs­ kreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendete Träg­ heitsmoment J erhöht, wenn die Polarität des zweiten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω2 positiv ist, oder das Trägheitsmoment J wird verringert, wenn das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω2 negativ ist. Wenn der Berechnungskreis 195 für das Vorkopp­ lungssignal die Operation nach Fig. 29 ausführt, muß der Übertragungsfaktor Ksa des Steuer/Regelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit bei Verwen­ dung des Ausdrucks (8) zusätzlich zu der Korrektur des Trägheitsmomentes J korrigiert werden.
Die Betriebsweise des dreizehnten Ausführungsbei­ spiels wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 30, 31 und 32 beschrieben. Die Funktionsweise der Kreise mit Ausnahme des Berechnungskreises 195 für das Vorkopplungssignal und der Korrekturkreis 190 sind die gleichen wie die entsprechenden Kreise des zwölften Ausführungsbeispiels und somit wird ihre Beschreibung weggelassen.
Der Addierer 266 in dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal aus Fig. 31 erzeugt das simulierte Drehmomentsignal τa. Das heißt, der Subtrahierer 262 subtrahiert das von dem Integrierer 268 erzeugte si­ mulierte Drehwinkelsignal Ra von dem vom Erzeugungs­ kreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal an den Ein­ gangsanschluß 260 gelieferte Drehwinkel-Befehlssignal Rms, um das simulierte Drehwinkelabweichungssignal ΔRa (= Rms-Ra) zu erhalten und liefert dieses dem Koeffizientenmultiplizierer 263. Der Koeffizienten­ multiplizierer 263 bestimmt das simulierte Geschwin­ digkeitsbefehlssignal ωas. Der Koeffizientenmultipli­ zierer 263 ist ein Bauelement des Steuer/Regelkreises für die simulierte Position nach Fig. 33. Der Koeffi­ zient Kps des Koeffizientenmultiplizierers 263 wird unter Verwendung des Ausdrucks (10) bestimmt. Dann subtrahiert der Subtrahierer 264 das von dem Inte­ grierer 267 gelieferte simulierte Geschwindigkeits­ signal ωa von dem von dem Koeffizientenmultiplizierer 263 erzeugten simulierten Geschwindigkeitsbefehls­ signal ωas, um das simulierte Geschwindigkeitsabwei­ chungssignal Δωa (= ωas-ωa) zu bestimmen und führt dieses dem Koeffizientenmultiplizierer 265 zu. Nach Erhalt des Ausgangssignals des Koeffizientenmultipli­ zierers 265, bestimmt der Integrierer 267 das simu­ lierte Geschwindigkeitssignal ωa. Wie in Fig. 33 ge­ zeigt wird, ist der Koeffizient des Koeffizientenmul­ tiplizierers 265 gleich der Ansprechfrequenz ωsc der simulierten Geschwindigkeitsregelschleife. Der Multi­ plizierer 266 multipliziert das Trägheitsmoment J, das von dem Korrekturkreis 190 an den Eingangsan­ schluß 261 geliefert wird, mit dem Ausgangssignal des Koeffizientenmultiplizierers 265, um das simulierte Drehmomentsignal τa zu erhalten und sendet dieses über den Ausgangsanschluß 271 aus.
Daraufhin wird das mit dem Integrierer 267 erhaltene simulierte Geschwindigkeitssignal ωa über den Aus­ gangsanschluß 270 ausgesandt und das durch Integrie­ ren des simulierten Geschwindigkeitssignals ωa mit­ tels des Integrierers 268 erhaltene simulierte Dreh­ winkelsignal Ra wird über den Ausgangsanschluß 271 abgesandt.
In dem Korrekturkreis 190 nach Fig. 32 erzeugt der Addierer 281 das Trägheitsmoment J. Das heißt, der Subtrahierer subtrahiert das durch den Rotationsde­ tektor 4 über den Eingangsanschluß 274 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssignal von dem durch den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal über den Eingangsanschluß 273 gelieferten simulierten Ge­ schwindigkeitssignal ωa um das zweite Geschwindig­ keitsabweichungssignal Δωa zu bestimmen. Der Polari­ tätsunterscheidungskreis 277 erzeugt das Polaritäts­ signal Sg, das die Polarität des simulierten Drehmo­ mentsignals τa repräsentiert, das von dem Berech­ nungskreis 195 für das Vorkopplungssignal über den Eingangsanschluß 275 geliefert wird. Das Polaritäts­ signal Sg ist ein binäres Signal, das heißt es ist "1", wenn die Polarität des simulierten Drehmomentsi­ gnals τa positiv ist oder "-1", wenn die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τa negativ ist. Dann multipliziert der Multiplizierer das von dem Subtrahierer 276 gelieferte zweite Geschwindigkeits­ abweichungssignal Δω2 mit dem Polaritätssignal Sg, das die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τa angibt, und das Ausgangssignal des Multiplizierers 278 wird dem Integrierer 279 zugeführt. Der Integrie­ rer 279 bestimmt eine Korrektur ΔJ für die Korrektur des Trägheitsmoments J. Der Addierer 281 addiert das von dem konstanten Einstellkreis 280 gelieferte ur­ sprüngliche Trägheitsmoment J0 und die Korrektur ΔJ, um das Trägheitsmoment J zu bestimmen und liefert dieses an den Ausgangsanschluß 282. Das ursprüngliche Trägheitsmoment J0 ist beispielsweise das Trägheits­ moment des Gleichstrommotors 1a.
Somit wird das Trägheitsmoment J durch die von dem Integrierer 279 erzeugte Korrektur ΔJ korrigiert, so daß das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω2 auf null reduziert wird, damit das in dem Berech­ nungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendete Trägheitsmoment J mit dem Trägheitsmoment des aktuel­ len mechanischen Systems übereinstimmt. Somit kann die Positionssteuerungs/Regelungsoperation bei festen Ansprecheigenschaften durchgeführt werden, selbst wenn das Trägheitsmoment des mechanischen Systems nicht bekannt ist oder während des Betriebes variiert.
Vierzehntes Ausführungsbeispiel
Obwohl das dreizehnte Ausführungsbeispiel das Träg­ heitsmoment J durch den Korrekturkreis 190 so korri­ giert, daß das zweite Geschwindigkeitsabweichungssi­ gnal Δωa reduziert wird, kann das Trägheitsmoment J durch den Korrekturkreis 190 so korrigiert werden, daß die Differenz zwischen dem von dem Berechnungs­ kreis 195 für das Vorkopplungssignal erzeugte simu­ lierte Drehwinkelsignal Ra und das von dem Rotations­ detektor 4 erzeugte aktuelle Drehwinkelsignal Rm re­ duziert werden, da die Integration eines Geschwindig­ keitssignals ein Drehwinkelsignal ist. In letzterem Fall kann der Korrekturkreis 190 mit einem Koeffi­ zientenmultiplizierer anstelle des Integrierers 279 versehen sein, da die Integration des Geschwindig­ keitsabweichungssignals, d. h. der Differenz zwischen dem simulierten Geschwindigkeitssignal ωa und dem aktuellen Geschwindigkeitssignal Rm ein Drehwinkel­ abweichungssignal ergibt, d. h. die Differenz zwischen dem simulierten Drehwinkelsignal Ra und dem aktuellen Drehwinkelsignal Rm.
Fünfzehntes Ausführungsbeispiel
Wie aus dem Ausdruck (6) offensichtlich ist, kann das simulierte Drehmomentsignal τa ohne die Durchführung einer Differentialoperation bestimmt werden, wenn die Differenz zwischen der Ordnung (order) des Zählers der Transferfunktion, die die Beziehung zwischen dem Drehwinkel-Befehlssignal Rms und dem simulierten Drehwinkelsignal Ra darstellt, und der des Nenners der Transferfunktion zwei oder mehr ist (die Ordnung bzw. Reihenfolge (order) des Nenners ist größer als die Ordnung bzw. Reihenfolge (order) des Zählers), da das simulierte Drehmoment τa die zweite Ableitung des simulierten Drehwinkelsignals Ra ist. Somit kann der Steuer/Regelkreis 194b für die simulierte Geschwin­ digkeit eine zusätzliche integrale Operation durch­ führen oder die Ordnung des Simulationskreises 194a für das mechanische System kann erhöht werden.
Sechzehntes Ausführungsbeispiel
Aus Fig. 29 wird die Differentialgleichung gebildet.
dRa/dt =ωa
dωa/dt =1/J τa (12)
τa = Ksa{Kpa(Rms-Ra)-ωa}.
Der Berechnungskreis 194a für das Vorkopplungssignal kann mit einem Mikrocomputer versehen sein, der das simulierte Drehwinkelsignal Ra, das simulierte Ge­ schwindigkeitssignal ωa und das simulierte Drehmo­ mentsignal τa über die numerische Integration der Differentialgleichung (12) bestimmt.
Siebzehntes Ausführungsbeispiel
Obwohl die vorhergehenden Ausführungsbeispiele anhand einer Regelung eines Gleichstrommotors beschrieben wurden, kann die vorliegende Erfindung auch zur Steu­ erung bzw. Regelung eines Wechselstrommotors, wie eines Induktionsmotors oder eines Synchronmotors an­ gewandt werden. Da das Ausgangsdrehmoment des Wech­ selstrommotors bei einer entsprechend hohen Ansprech­ geschwindigkeit wie bei einem Gleichstrommotor ge­ steuert bzw. geregelt werden kann, kann das Ausgangs­ drehmoment des Wechselstrommotors leicht geregelt werden, so daß das Ausgangssignal des Wechselstrommo­ tors mit dem durch das endgültige Drehmomentbefehls­ signal τms dargestellte Drehmoment übereinstimmt.
Die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht zusätzlich den zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7, den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a und den Simula­ tionskreis 6a für das mechanische System vor und ist in der Lage die Positionsregeloperation bei verbes­ serten Ansprechcharakteristiken abhängig von der Än­ derung des Drehwinkel-Befehlssignals Rms durchzufüh­ ren. Wenn zusätzlich ein dritter Geschwindigkeits­ steuer/Regelkreis 11a vorgesehen ist, ist die Posi­ tionssteuer/Regeleinrichtung in der Lage, die Posi­ tionssteuer/Regeloperation bei verbesserten Ansprech­ eigenschaften abhängig von der Änderung des Lastmo­ mentes durchzuführen.
Da die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zusätzlich mit dem Korrekturkreis 14 versehen ist, der die Inte­ grationszeitkonstante des Simulationskreises 6b des mechanischen Systems und den Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b so korrigiert, daß die Amplitude des von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b gelieferten dritten Drehmomentsignals τ3 unter einen bestimmten Wert reduziert wird, kann die Ansprechfrequenz für die Positionssteuerung/Regelung konstant gehalten werden, selbst wenn das Trägheitsmoment der Lastma­ schine 3 unbekannt ist oder während des Betriebes sich ändert.
Die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht zusätzlich einen zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7, den zwei­ ten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a und den Simulationskreis 6c für das mechanische System vor und ist in der Lage, die Positionssteuer/Regelopera­ tion bei verbesserten Ansprecheigenschaften abhängig von der Änderung des Drehwinkel-Befehlssignals Rms durchzuführen. Wenn zusätzlich der dritte Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 11a vorgesehen ist, ist die Positionssteuer/Regeleinrichtung in der Lage, Posi­ tionssteuer/Regeloperationen bei verbesserten An­ sprecheigenschaften abhängig von der Änderung des Lastdrehmomentes durchzuführen.
Da die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung zusätzlich mit dem Korrekturkreis 14 zur Korrektur der Integra­ tionszeitkonstanten des Simulationskreises 6d für das mechanische System und des Verstärkungsfaktors des zweiten Geschwindigkeitssteuerkreises 10b in der Wei­ se vorgesehen ist, daß die Amplitude des dritten Drehmomentsignals τ3, das von dem dritten Geschwin­ digkeitssteuer/Regelkreis 11b erzeugt wird, unter einen bestimmten Wert reduziert wird, kann die An­ sprechfrequenz für die Positionssteuer/Regeloperation konstant gehalten werden, selbst wenn das Trägheits­ moment der Lastmaschine unbekannt ist oder während des Betriebes variiert.
Die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung, die mit dem Be­ rechnungskreis für das Vorkopplungssignal versehen ist, ist in der Lage, die Positionssteuer/Regelopera­ tion bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit durch­ zuführen, selbst wenn es möglich ist, daß mechanische Schwingungen in dem mechanischen System, bestehend aus dem elektrischen Motor, dem Drehmomentübertra­ gungsmechanismus und der Lastmaschine aufgrund der relativ niedrigen Starrheit des Drehmomentübertra­ gungsmechanismus oder des Flankenspiels des Zahnrad­ werkes erzeugt werden. Da der Berechnungskreis für das Vorkopplungssignal keine Differentialoperation durchführt, wird ein glattes Signal erzeugt, selbst wenn das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors sich plötzlich ändert, so daß keine mechanischen Schwingungen und mechanischen Geräusche erzeugt wer­ den, selbst wenn das Ausgangsdrehmoment des elektri­ schen Motors sich plötzlich ändert.
Die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem sech­ sten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist weiterhin mit dem Korrekturkreis zur Korrektur des Trägheits­ moments, d. h. des Parameters des Berechnungskreises für das Vorkopplungssignal entsprechend dem Träg­ heitsmoment des mechanischen Systems versehen. Daher kann die Ansprechfrequenz für die Positionssteuer/- Regeloperation konstant gehalten werden, selbst wenn das Trägheitsmoment der Lastmaschine unbekannt ist oder sich während der Operation verändert.

Claims (9)

1. Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/- Regeln eines elektrischen Motors (1a) für den Antrieb einer Lastmaschine (3) über einen Dreh­ momentübertragungsmechanismus (2) mit einem Ro­ tationsdetektor (4) zum Abtasten der Drehge­ schwindigkeit und des Drehwinkels des elektri­ schen Motors,
gekennzeichnet durch
einen ersten Positionssteuer/Regelkreis (5), der ein erstes Geschwindigkeitssignal auf der Grund­ lage eines Drehwinkel-Befehlssignals, das einen Drehwinkel für den elektrischen Motor spezifi­ ziert und eines aktuellen Drehwinkelsignals, das von dem Rotationsdetektor (4) geliefert wird, erzeugt,
einen Simulationskreis (6) für das mechanische System, das den elektrischen Motor (1a), die Lastmaschine (3) und den Drehmomentübertragungs­ mechanismus (2) durch zwei Integrationselemente annähert und ein simuliertes Geschwindigkeits­ signal (ωa) und ein simuliertes Drehwinkelsignal (Ra) auf der Grundlage eines zweiten Drehmoment­ signals (τ2) erzeugt,
einen zweiten Positionssteuer/Regelkreis (7), der ein zweites Geschwindigkeitssignal (ω2) auf der Grundlage des Drehwinkelbefehlssignals (ω2) auf der Grundlage des Drehwinkelbefehlssignals (Rms) und des simulierten Drehwinkelsignals (ωa) erzeugt,
einen Addierer (8), der das erste Geschwindig­ keitssignal (ω1) und das zweite Geschwindig­ keitssignal (ω2) zur Erzeugung eines dritten Geschwindigkeitssignals (ω3) addiert,
einen ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis (9), der ein erstes Drehmomentsignal (τ1) auf der Grundlage des dritten Geschwindigkeitssi­ gnals (ω3) und des von dem Rotationsdetektor (4) gelieferten aktuellen Geschwindigkeitssi­ gnals (ωm) erzeugt,
einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis (10a), der ein zweites Drehmomentsignal (τ2) auf der Grundlage des zweiten Geschwindigkeitssi­ gnals (ω2) und des simulierten Geschwindigkeits­ signals (ωa) erzeugt,
einen dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis (11a), der ein drittes Drehmomentsignal (τ3) auf der Grundlage des aktuellen Geschwindigkeitssi­ gnals (ωm) und des simulierten Geschwindigkeits­ signals (ωa) erzeugt und
eine Steuer/Regelvorrichtung (12, 13), die das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors (1a) auf der Grundlage des ersten Drehmomentsignals (τ1), des zweiten Drehmomentsignals (τ2) und des dritten Drehmomentsignals (τ3) steuert bzw. re­ gelt.
2. Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/- Regeln eines elektrischen Motors (1a) für den Antrieb einer Lastmaschine (3) über einen Dreh­ momentübertragungsmechanismus (2) mit einem Ro­ tationsdetektor (4) zum Abtasten der Drehge­ schwindigkeit und des Drehwinkels des elektri­ schen Motors,
gekennzeichnet durch
einen ersten Positionssteuer/Regelkreis (5), der ein erstes Geschwindigkeitssignal auf der Grund­ lage eines Drehwinkel-Befehlssignals, das einen Drehwinkel für den elektrischen Motor spezifi­ ziert und eines aktuellen Drehwinkelsignals, das von dem Rotationsdetektor (4) geliefert wird, erzeugt,
einen Simulationskreis (6c) für das mechanische System, das den elektrischen Motor (1a), die Lastmaschine (3) und den Drehmomentübertragungs­ mechanismus (2) und zwei Integrationselemente annähert und ein simuliertes Drehwinkelsignal (Ra) auf der Grundlage des zweiten Drehmomentsi­ gnals (τ2) und eines dritten Drehmomentsignals (τ3) erzeugt,
einen zweiten Positionssteuer/Regelkreis (7), der ein zweites Geschwindigkeitssignal (ω2) auf der Grundlage des Drehwinkelbefehlssignals (ω2) auf der Grundlage des Drehwinkelbefehlssignals (Rms) und des simulierten Drehwinkelsignals (ωa) erzeugt,
einen Addierer (8), der das erste Geschwindig­ keitssignal (ω1) und das zweite Geschwindig­ keitssignal (ω2) zur Erzeugung eines dritten Geschwindigkeitssignals (ω3) addiert,
einen ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis (9), der ein erstes Drehmomentsignal (τ1) auf der Grundlage des dritten Geschwindigkeitssi­ gnals (ω3) und des von dem Rotationsdetektor (4) gelieferten aktuellen Geschwindigkeitssignals (ωm) erzeugt,
einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis (10a), der ein zweites Drehmomentsignal (τ2) auf der Grundlage des zweiten Geschwindigkeitssi­ gnals (ω2) und des simulierten Geschwindigkeits­ signals (ωa) erzeugt,
einen dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis (11a), der ein drittes Drehmomentsignal (τ3) auf der Grundlage des aktuellen Geschwindigkeitssi­ gnals (ωm) und des simulierten Geschwindigkeits­ signals (ωa) erzeugt und
eine Steuer/Regelvorrichtung (12, 13), die das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors (1a) auf der Grundlage des ersten Drehmomentsignals (τ1), des zweiten Drehmomentsignals (τ2) steuert bzw. regelt.
3. Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrek­ turkreis (14) vorgesehen ist, der das dritte Drehmomentsignal (τ3) empfängt und das der Kor­ rekturkreis (14) die Integrationszeitkonstante des Simulationskreises (6b, 6d) und mindestens den Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindig­ keitssteuer/Regelkreises (10b) korrigiert, so daß die Amplitude des dritten Drehmomentsignals (τ3) unter einen bestimmten Wert liegt.
4. Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern /Regeln eines elektrischen Motors für den An­ trieb einer Lastmaschine über einen Drehmoment­ übertragungsmechanismus mit einem Rotationsde­ tektor (4), der die Drehgeschwindigkeit (ωm) und den Drehwinkel (Rm) des elektrischen Motors (1a) erfaßt,
gekennzeichnet durch
einen Berechnungskreis (194) für das Vorkopp­ lungssignal, der ein den Drehwinkel des elektri­ schen Motors (1a) spezifizierendes Drehwinkel- Befehlssignal (Rms) empfängt und ein simuliertes Drehwinkelsignal (Ra), ein simuliertes Geschwin­ digkeitssignals (ωa) und ein simuliertes Drehmo­ mentsignal (Ra) erzeugt, die durch eine Funk­ tionsoperation einschließlich mindestens zwei Integrationsoperationen erhalten werden,
einen Positionssteuer/Regelkreis (196), der ein erstes Geschwindigkeitssignal (ω1) auf der Grundlage des simulierten Drehwinkelsignals (Ra) und des von dem Rotationsdetektor (4) geliefer­ ten aktuellen Drehwinkelsignals erzeugt,
einen Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis (197), der ein erstes Drehmomentsignal (τ1) auf der Grundlage des simulierten Geschwindigkeitssi­ gnals (ωa) des ersten Geschwindigkeitssignals (ω1) und des von dem Rotationsdetektor (4) ge­ lieferten aktuellen Geschwindigkeitssignals (ωa) erzeugt und eine Steuer/Regelvorrichtung (198, 13), die das Ausgangsdrehmoment des elek­ trischen Motors (1a) auf der Grundlage des simu­ lierten Drehmomentsignals (τa) und des ersten Drehmomentsignals (τ1) steuert bzw. regelt.
5. Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungs­ kreis (194) für das Vorkopplungssignal
einen Simulationskreis (194a), der der elektri­ schen Motor, die Lastmaschine (3) und den Dreh­ momentübertragungsmechanismus (2) durch zwei Integrationselemente approximiert und ein simu­ liertes Geschwindigkeitssignal (ωa) und ein si­ muliertes Drehwinkelsignal (Ra) auf der Grundla­ ge eines simulierten Drehmomentsignals (τa) er­ zeugt,
einen Steuer/Regelkreis (194c) für eine simu­ lierte Position, der ein simuliertes Geschwin­ digkeitsbefehlssignal (ωas) auf der Grundlage eines Drehwinkel-Befehlssignals (Rms) und des simulierten Drehwinkelsignals (Ra) erzeugt und einen Steuer/Regelkreis (194b) für eine simu­ lierte Geschwindigkeit, der ein simuliertes Drehmomentsignal (τa) auf der Grundlage des si­ mulierten Geschwindigkeits-Befehlssignals (ωas) und des simulierten Geschwindigkeitssignals (ωa) erzeugt.
6. Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrek­ turkreis (190) vorgesehen ist, der das simulier­ te Geschwindigkeitssignal (ωa) und das aktuelle Geschwindigkeitssignal (ωm) empfängt und daß der Korrekturkreis die Steuer/Regelparameter, die in dem Berechnungskreis (195) für das Vorkopplungs­ signal verwendet werden, in der Weise korri­ giert, daß die Amplitude des Geschwindigkeits­ abweichungssignal, die die Differenz zwischen dem simulierten Geschwindigkeitssignal und dem aktuellen Geschwindigkeitssignal darstellt, un­ ter einen spezifischen Wert verringert wird.
7. Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungs­ kreis für das Vorkopplungssignal umfaßt:
einen Simulationskreis (194a) für das mechani­ sche System mit einem ersten Integrierer (226), der simuliertes Drehmomentsignal (τa) zur Erzeu­ gung eines simulierten Geschwindigkeitssignals (ωa) integriert, und einen zweiten Integrierer (227), der das simulierte Geschwindigkeitssignal (ωa) zur Erzeugung eines simulierten Drehwinkel­ signals (Ra) integriert,
einen Steuer/Regelkreis für die simulierte Posi­ tion (194c), der ein simuliertes Geschwindig­ keits-Befehlssignal (ωas) auf der Grundlage eines Drehwinkel-Befehlssignals (Rms) und des simu­ lierten Drehwinkelsignals (Ra) erzeugt,
und einen Steuer/Regelkreis (194b) für eine si­ mulierte Geschwindigkeit, der das simulierte Drehmomentsignal (τa) auf der Grundlage des si­ mulierten Geschwindigkeits-Befehlssignals (ωas) und des simulierten Geschwindigkeitssignals (ωa) erzeugt, und
daß das Korrekturkreis (190) die Integrations­ zeitkonstante des ersten Integrierer (226) kor­ rigiert, so daß die Amplitude eines Geschwindig­ keitsabweichungssignals, das die Differenz zwi­ schen dem simulierten Geschwindigkeitssignal (ωa) und dem aktuellen Geschwindigkeitssignal (ωm) darstellt, unter einen bestimmten Wert ver­ ringert wird.
8. Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrektur­ kreis vorgesehen ist, der das simulierte Dreh­ winkelsignal (Ra) und das aktuelle Drehwinkelsi­ gnal (Rm) empfängt und daß der Korrekturkreis die in dem Berechnungskreis für das Vorkoppelsi­ gnal verwendeten Steuer/Regelparameter so kor­ rigiert, daß die Amplitude eines Drehwinkelab­ weichungssignals, das die Differenz zwischen dem simulierten Drehwinkelsignal und dem aktuellen Drehwinkelsignal darstellt, unter einen vorbe­ stimmten Wert fällt.
9. Positionssteuer/Regeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungs­ kreis für das Vorkoppelsignal umfaßt:
einen Simulationskreis (194a) für das mechani­ sche System mit einem ersten Integrierer (226), der ein simuliertes Drehmomentsignal (τa) zur Erzeugung eines simulierten Geschwindigkeitssi­ gnals (ωa) integriert, einen zweiten Integrierer (227), der das simulierte Geschwindigkeitssignal (ωa) zur Erzeugung eines simulierten Drehwinkel­ signals (Ra) integriert,
einen Steuer/Regelkreis (194c) für eine simu­ lierte Position, der ein simuliertes Geschwin­ digkeits-Befehlssignal (ωas) auf der Grundlage eines Drehwinkel-Befehlssignals (Rms) und des simulierten Drehwinkelsignals (Ra) erzeugt und einen Steuer/Regelkreis (194b) für eine simu­ lierte Geschwindigkeit, der das simulierte Dreh­ momentsignal (τa) auf der Grundlage des simu­ lierten Geschwindigkeits-Befehlssignals (ωas) und des simulierten Geschwindigkeitssignals (ωa) erzeugt und
daß der Korrekturkreis die Integrationszeitkon­ stante des ersten Integrierers so korrigiert, daß die Amplitude eines Drehwinkelabweichungs­ signals, das die Differenz zwischen dem simu­ lierten Drehwinkelsignal (Ra) und dem aktuellen Drehwinkelsignal (Rm) darstellt, unter einen bestimmten Wert fällt.
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