DE4318923C2

DE4318923C2 - Positionsregeleinrichtung zum Regeln eines elektrischen Motors

Info

Publication number: DE4318923C2
Application number: DE4318923A
Authority: DE
Inventors: Masato Koyama; Tetsuaki Nagano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2013-05-26
Also published as: DE4345505B4; JP3084928B2; GB2267361A; JPH0630578A; DE4318923A1; US5428285A; GB2267361B; GB9308475D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positions regeleinrichtung zum Steuern bzw. 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 regeleinrichtung nach dem Stand der Technik, die bei dem "Symposium for Small Motor Technology", Session B-4 im Jahr 1987 unter der Schirmherrschaft der "Ja pan Management Association" durchgeführt wurde. Im folgenden werden mit den Begriffen Winkel und Geschwindigkeit, Drehwinkel bzw. Drehgeschwindigkeit bezeichnet. In Fig. 1 sind ein Gleichstrommotor 1a, ein Geschwin digkeitsdetektor 4a, ein Positionsdetektor 4b, ein Subtrahierer 5a, ein Positionsregelkreis 5b, ein Kreis 5c zum Erzeugen eines Vorkoppelsignals, ein Addierer 5d, eine Subtrahierer 9a, ein Geschwin digkeitsregelkreis 9b, ein Umformerkreis 13 und ein Erzeugungskreis 15 für ein Drehwinkel-Befehlssignal dargestellt.

Im Betrieb erzeugt der Positionsregelkreis 5b ein Ge schwindigkeitssignal ω_ms1. Der Subtrahierer 5a sub trahiert ein vom Positionsdetektor 4b erzeugtes aktu elles Drehwinkelsignal θ_m von dem Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal gelieferten Dreh winkel-Befehlssignal θ_ms, um ein Drehwinkelab weichungssignal Δθ (= θ_ms - θ_m) an den Drehwinkel regelkreis 5b zu geben. Dieser Kreis 5b erzeugt ein Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_ms1.

Der Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwin digkeitssignal erzeugt ein Vorkoppelsignal ω_ms2. Das von dem Erzeugungskreis 15 des Rotationsdrehwinkel- Befehlssignals erzeugte Drehwinkel-Befehlsignal θ_ms wird an den Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelge schwindigkeitssignal geliefert und dieser führt eine Differenzierung durch, um das Vorkoppelgeschwindig keitssignal ω_ms2 zu erhalten, das heißt die Ände rungsgeschwindigkeit des Drehwinkel-Befehlssignals θ_ms.

Der Addierer 5d addiert das Geschwindigkeitssteuer signal ω_ms1 und das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal ω_ms2 und erzeugt ein endgültiges Geschwindigkeitsbe fehlssignal ω_ms (= ω_ms1 + ω_ms2).

Wenn ein Regelsignal von dem Geschwindigkeits regelkreis 9b erzeugt wird, subtrahiert der Subtra hierer 9a die von dem Geschwindigkeitsdetektor 4a ge lieferte aktuelle Geschwindigkeit von dem endgültigen Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_ms, um das Ge schwindigkeitsabweichungssignal Δω (= ω_ms - ω_m) an den Geschwindigkeitsregelkreis 9b zu liefern und die ser erzeugt ein Drehmomentsignal. Ein Regelsignal wird zur Steuerung des Umformerkreises 13 an diesen gegeben, so daß das Ausgangsdrehmoment des Gleich strommotors 1a mit dem Drehmomentsignal überein stimmt.

Da der Ankerstrom des Gleichstrommotors 1a sich im wesentlichen proportional zu dem Drehmoment ändert, ist der Geschwindigkeitsregelkreis 9b intern mit ei ner Stromrückkopplungsschleife versehen, um die An sprecheigenschaften des Geschwindigkeitsregelkreises 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 Regeleinrichtung nach Fig. 1 nach dem Stand der Technik zum Steuern/Regeln der Position der Ausgangswelle eines elektrischen Motors ist die Rei henfolge 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 Geschwindigkeitsregelschleife 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 Positionsregeleinrichtung nach dem Stand der Technik nach Fig. 1 ist zusätzlich mit ei nem Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindig keitssignal versehen, um die Ansprecheigenschaften der Positionsregelschleife zu verbessern. Der Erzeu gungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal liefert das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal ω_ms2 proportional zu der Änderungsrate des Positionsbe fehlssignals θ_ms. Da die Betriebsgeschwindigkeit ω_m des Gleichstrommotors eine Ableitung des Drehwinkels θ_m ist, folgt der Drehwinkel θ_m des Gleichstrommo tors 1a dem Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms, wenn der Geschwindigkeitsregelkreis 9b den Gleichstrommotor 1a so steuert bzw. regelt, daß die aktuelle Geschwindig keit ω_m des Gleichstrommotors 1a mit dem Vorkoppel geschwindigkeitssignal ω_ms2 übereinstimmt.

Die vorbeschriebene Positionsregeleinrichtung nach dem Stand der Technik ist in der Lage, die Position bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit aufgrund der Operation des Erzeugungskreises 5c des Vorkoppel geschwindigkeitssignals zu regeln, selbst wenn es schwierig ist, den Verstärkungsfaktor des Positions 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 θ_ms 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 Drehmomentübertragungsmechnismus 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 Drehmomemtüber 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 Posi tionsregelbefehl, tritt selbst dann auf, wenn das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal durch den Erzeugungs kreis für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal be stimmt ist, da die Ansprechgeschwindigkeit der Ge schwindigkeitsregelschleife gering ist.

Die DE 29 22 501 C2 zeigt eine Vorrichtung zur Lager regelung von drehzahl- oder ankerspannungsgeregelten Gleichstromantrieben, wobei die Verstärkung des La gerregelkreises in Abhängigkeit von dem Lagersollwert sowie von vorgegebenen minimalen und maximalen Ver stärkungswerten reduziert wird.

Die DE 42 13 795 C2 offenbart eine Servo-Regelung für einen Motor. Dabei integriert eine Integrations einrichtung einen vorgegebenen Vergleichsstromwert und den erfaßten Stromwert über die Zeit und ermit telt ein Vergleichsergebnis zwischen dem Vergleichs stromwert und dem erfaßten Stromwert. Außerdem be stimmt eine Lastträgheitsmoment-Bestimmungseinrich tung das Lastträgheitsmoment des Regelobjekts durch Korrektur des vorgegebenen Wertes des Lastträgheits moments in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis. Darüber hinaus stellt eine Regelparameter- Einstelleinrichtung die Regelparameter in den Regel parameter-Steuereinrichtungen mittels des von der Lastträgheitsmoment-Bestimmungseinrichtung erhaltenen Lastträgheitsmomentwerts ein. Dadurch werden das Lastträgheitsmoment entsprechend dem über die Zeit integrierten Wert des Motorstroms identifiziert und die Regelparameter der Geschwindigkeits- Steuereinrichtung entsprechend dem Lastträgheitsmo ment eingestellt.

Unter Berücksichtigung der vorhergehenden Beschrei bung ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionsregeleinrichtung zum Steuern bzw. Re geln 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 an getriebene Maschine zu bewirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildun gen werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.

Die durch die vorliegende Erfindung gelösten Probleme treten auf, wenn das Trägheitsmoment der Last auf den elektrischen Motor variiert, wenn ein Drehwinkel-Befehlssignal oder ein Lastmoment variiert, selbst wenn das me chanische System aufgrund von unzureichender Starr heit des Drehmomentübertragungssystems oder aufgrund von Flankenspielen zwischen den Zahnrädern des Drehmomentübertragungsmechanismus mechanische Schwin gungen erzeugen könnte, oder wenn ein Drehwinkel-Befehlssignal sich plötzlich ändert.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Positionsregeleinrichtung zum Regeln eines elektrischen Motors vorgesehen, der umfaßt:

1. einen ersten Positionsregelkreis, der ein erstes Drehgeschwindigkeitssignal auf der Grundlage ei nes Drehwinkel-Befehlssignals und eines aktuel len Drehwinkelsignals erzeugt,
2. einen Simulationskreis für das mechanische Sy stem, das den elektrischen Motor, einen Drehmo menttransmissionsmechanismus und eine Lastma schine durch zwei Integrationselemente approximiert und ein simuliertes Drehgeschwindigkeits signal und ein simuliertes Drehwinkelsignal er zeugt,
3. einen zweiten Positionsregelkreis, der ein zwei tes Drehgeschwindigkeitssignal auf der Grundlage des Drehwinkel-Befehlssignals und eines simu lierten Drehwinkelsignals erzeugt,
4. einen Addierer, der das erste Drehgeschwindig keitssignal und das zweite Drehgeschwindigkeits signal addiert und ein drittes Drehgeschwindig keitssignal erzeugt,
5. einen ersten Geschwindigkeitsregelkreis, der ein erstes Drehmomentsignal auf der Grundlage des dritten Drehgeschwindigkeitssignals und eines aktuellen Drehgeschwindigkeitssignals, das von einem Rotationsdetektor geliefert wird und die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Motors dar stellt, erzeugt,
6. einen zweiten Geschwindigkeitsregelkreis, der ein zweites Drehmomentsignal auf der Grundlage des zweiten Drehgeschwindigkeitssignals und des simulierten Drehgeschwindigkeitssignals erzeugt, und
7. eine Regelvorrichtung zum Regeln des Ausgangs drehmoments des elektrischen Motors auf der Grundlage des ersten Drehmomentsignals, des zweiten Drehmomentsignals.

In einer weiteren Ausgestaltung des ersten Aspektes kann ein dritter Drehgeschwindigkeitsregelkreis vor gesehen sein, der ein drittes Drehmomentsignal auf der Grundlage des simulierten Drehgeschwindigkeits signals und des aktuellen Geschwindigkeitssignals er zeugt, wobei die Regelvorrichtung das Ausgangsdrehmo ment des elektrischen Motors auf der Grundlage des ersten, zweiten und dritten Drehmomentsignales re gelt.

Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Positionsregeleinrichtung zum Re geln eines elektrischen Motors entsprechend 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 schwindigkeitsregelkreises auf der Grundlage des dritten Drehmomentsignals, das von dem dritten Regel kreis geliefert wird, umfaßt.

Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Positionsregeleinrichtung zum Re geln des elektrischen Motors vorgesehen, die umfaßt:

1. einen ersten Regelkreis, der ein erstes Drehge schwindigkeitssignal auf der Grundlage eines Drehwinkel-Befehlssignals und eines aktuellen Drehwinkelsignals erzeugt, das den Drehwinkel 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 Drehgeschwindigkeitssignal und ein simuliertes Drehwinkelsignals erzeugt,
3. einen zweiten Positionsregelkreis, der ein zwei tes Drehgeschwindigkeitssignal auf der Grundlage des Drehwinkel-Befehlssignals und des simulier ten Drehwinkelsignals erzeugt,
4. einen Addierer, der das erste Drehgeschwindig keitssignal und das zweite Drehgeschwindigkeits signal zur Erzeugung eines dritten Drehgeschwin digkeitssignals addiert,
5. einen ersten Geschwindigkeitsregelkreis, der ein erstes Drehmomentsignal auf der Grundlage des dritten Drehgeschwindigkeitssignals und eines von einem Rotationsdetektor gelieferten und die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Motors dar stellenden aktuellen Drehgeschwindigkeitssignals erzeugt,
6. einen zweiten Geschwindigkeitsregelkreis der ein zweites Drehmomentsignal auf der Grundlage des zweiten Drehgeschwindigkeitssignals und des si mulierten Drehgeschwindigkeitssignals erzeugt,
7. einen dritten Geschwindigkeitsregelkreis, der ein drittes Drehmomentsignal auf der Grundlage des simulierten Drehgeschwindigkeitssignals und des aktuellen Drehgeschwindigkeitssignals er zeugt und
8. eine Regelvorrichtung, die das Ausgangsdrehmo ment des elektrischen Motors auf der Grundlage des ersten Drehmomentsignals und des zweiten Drehmomentsignals erzeugt.

Entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Positionsregeleinrichtung zur Re gelung eines elektrischen Motors nach dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, die ei nen Korrekturkreis zum Korrigieren der Integrations zeitkonstanten des Simulationskreises für das mecha nische System und des Verstärkungsfaktors des zweiten Geschwindigkeitsregelkreises auf der Grundlage des dritten Drehmomentsignals aufweist, das von dem drit ten Geschwindigkeitsregelkreis geliefert wird.

Wie oben bemerkt wurde, erzeugt der erste Positions regelkreis der Positionsregelvorrichttung 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung 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 Erfindung,

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 tionsregeleinrichtung nach Fig. 18 enthalten sind,

Fig. 22 ein Blockschaltbild einer Positionsre geleinrichtung nach einem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 23 ein Blockschaltbild eines Simulations kreises für das mechanische System, das in der Positionsregeleinrichtung nach Fig. 22 enthalten ist.

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 Drehmomentsteuerkreis 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 Steuersytem 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 Fallist 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 θ_m des aktuellen Drehwinkels und ein aktuelles Geschwindigkeitssignal ω_m, 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:

ω_a = τ₂/J_s, θ_a = ω_a/S (1),

wobei τ₂ ein zweites Drehmomentsignal ist, ω_a ein si muliertes Geschwindigkeitssignal ist, θ_a ein simu liertes Drehwinkelsignal ist, J_s 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 ω_a liefert, und den Integrie rer 28, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a integriert und das simulierte Drehwinkelsignal θ_a 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 spezifiert 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 ω_a vor, das von dem Simulationskreis 6a für das mechanische System geliefert wird und das nicht durch die Schwingungseigenschaften 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 θ_ms, um die Ansprecheigenschaf ten der Positionssteuerung/Regelung zu verbessern.

Andererseits ändern sich das simulierte Geschwindig keitssignal ω_a und das simulierte Drehwinkelsignal θ_a, 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 ω_a und des von dem Rotationsdetektor 4 gelieferten aktuellen Geschwin digkeitssignals ω_m. Die Änderung des Lastdrehmoments zieht die Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssi gnals ω_m 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 θ_m von dem Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms, das dem Ein gangsanschluß 21 von dem Kreis 15 zur Erzeugung des Drehwinkel-Befehlssignals zugeführt wird, um die er ste Drehwinkelabweichung Δθ₁ (= θ_ms - _m) zu bestimmen und liefert die erste Drehwinkelabweichung Δθ₁ 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 ω_a aus und der Integrierer 28 liefert das simulierte Drehwinkelsignal θ_m. 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 ω_a zu bestimmen, und gibt das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a über den Aus gangsanschluß 29 aus. Wenn zwischenzeitlich das simu lierte Geschwindigkeitssignal ω_a an den Integrierer 28 geliefert wird, berechnet dieser das simulierte Drehwinkelsignal θ_a unter Verwendung des Ausdrucks (1) und sendet das simulierte Drehwinkelsignal θ_a 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 θ_a von dem Drehwin kel-Befehlssignal θ_ms, das von dem Kreis 15 zur Er zeugung des Drehwinkel-Befehlssignals an den Ein gangsanschluß 31 geliefert wird, um die zweite Dreh winkelabweichung Δθ₂ (= θ_ms - θ_a) zu bestimmen, und liefert die zweite Regelwinkelabweichung Δθ₂ 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 ω_ms (= 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 ω_m von dem von dem Addierer 8 an den Eingangsanschluß 41 gelieferten dritten Geschwindig keitssignal ω₃, um das erste Geschwindigkeitsabwei chungssignal Δω₁ (= ω₃ - ω_m) 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 ω_a von dem von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 an den Eingangsanschluß 51 gelieferte zweite Ge schwindigkeitssignal ω₂, um das zweite Geschwindig keitsabweichungssignal Δω₂ (= ω₂ - ω_a) 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 73. Der Subtrahierer 62 subtrahiert das von dem Rotationsdetektor 4 an den Eingangsanschluß 61 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssignal ω_m von dem von dem Simulationskreis 6a für das mechanische System an den Eingangsanschluß 60 gelieferten simu lierten Geschwindigkeitssignal ω_a, um das dritte Ge schwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ (= ω_a - ω_m) 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 τ_ms. 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 τ_ms (= τ₁ + τ₂ + τ₃) zu erhalten, und gibt das endgültige Drehmomentsignal τ_ms an den Begrenzungskreis 72, der ein Überschreiten der Amplitude des endgültigen Drehmomentsignals τ_ms über einen bestimmten Wert verhindert.

Der Koeffizientenmultiplizierer 73 erzeugt ein Anker strom-Befehlssignal I_as. Wie allgemein bekannt ist, kann die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment τ_m und dem Ankerstrom I_a ausgedrückt werden durch:

τ_m = K_T.I_a (2),

wobei K_T eine Drehmomentkonstante ist.

Wenn somit τ_ms an den Koeffizientenmultiplizierer 73 geliefert wird, der einen Skalierfaktor K_T aufweist, dann erzeugt der Koeffizientenmultiplizierer 73 das Ankerstrom-Befehlssignal I_as.

Daraufhin erzeugt der Subtrahierer 74 ein Stromabwei chungssignal ΔI (= I_as - I_a). Der Subtrahierer 74 sub trahiert ein von einem Stromdetektor (nicht darge stellt) an den Eingangsanschluß 70d gelieferte aktu elle Ankerstromsignal I_a von einem von dem Koeffi zientenmultiplizierer 73 gelieferten Ankerstrom-Be fehlssignal I_as, 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 Spannungsbefehlsignal V_as und 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 Umformerkresi 13 und der PWM-Kreis 78 arbeiten in der Weise, daß die Anschlußspannung V_a des Gleich strommotors 1a mit einer spezifischen Spannung über einstimmt, die durch das Spannungsbefehlssignal V_as dargestellt wird. Somit arbeiten der Drehmomentsteu er/Regelkreis 12 und der Umformerkreis 13 in der Wei se, daß das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommo tors 1a entsprechend dem endgültigen Drehmomentsignal τ_ms 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 un 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) K_p2 und K_i2 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) K_p2 und die integrale Verstärkung (der inte grale Verstärkungsfaktor) K_i2 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 ω_a durch die folgende Übertragungs funktion ausgedrückt:

ω_a/ω₂ = (K_p2S + K_i2)/(JS² + K_p2S + K_i2) (3).

In dem Übertragungsfaktordiagramm nach Fig. 16 stel len die durchgezogenen Linien die Annäherung der rückführungslosen (Leerlauf) Übertragungsfunktion: (K_p2 + K_i2/S)(1/J_s) für das Geschwindigkeitssteuer/ Regelsystem nach Fig. 15 dar und die gestrichelten Linien stellen die Übertragungsfunktion: 1/J_s für den Simulationskreis 6b für das mechanische System dar, die gestrichelten Linien mit abwechselnd langen und kurzen Strichen stellen die Übertragungsfunktion: (K_p2 + K_i2/S) für den zweiten Geschwindigkeitssteuer/ Regelkreis 10b dar. In Fig. 16 ist ω_sc die Ansprech frequenz des Geschwindigkeitssteuer/Regelsystems nach Fig. 15. Eine Frequenz ω_pi wird als PI-Durchbruchfrequenz bezeichnet. Im allgemeinen ist die PI-Durch bruchsfrequenz ω_pi ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ω_sc. Die Ansprechfrequenz ω_sc und die PI-Durchbruchs frequenz ω_pi werden festgesetzt, um die Verstärkungs faktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteu er/Regelkreises 10b unter Verwendung der folgenden Ausdrücke zu bestimmen:

K_p2 = Jω_sc, K_i2 = ω_piK_p2 = Jω_scω_pi (4).

Aus dem Ausdruck (4) ist zu erkennen, daß die Verstärkungsfaktoren K_p2 und K_i2 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 K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteu er/Regelkreises 10b unter Verwendung des Ausdrucks (4) bestimmt werden, kann das Ansprechen des simu lierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf die schritt weise Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ durch die Verwendung des Ausdrucks (3) bestimmt wer den. Der Wert der PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi wird praktisch bestimmt, um das Überschwingen der Antwort des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf einen gewünschten Wert einzustellen. Üblicherweise ist, wie oben erwähnt, die PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ω_sc.

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 ω_m abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindig keitssignals ω₂ und die Änderung des simulierten Ge schwindigkeitssignals ω_a in Abhängigkeit von der Än derung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ nicht zueinander gleich und das dritte Geschwindigkeitsab weichungssignal Δω₃ (= ω_a - ω_m) 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 ω_m, in Abhängigkeit zu der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ der Änderung des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a 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 ω_a abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ hin ter der Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssi gnals ω_m 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 während 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 K_p2 und K_i2 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 K_p2 und K_i2 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 ω_m von dem von dem Simulationskreis 6b für das mechanische System an den Eingangsanschluß 100 gelieferte simulierten Geschwin digkeitssignal ω_a, um das dritte Geschwindigkeitsab weichungssignal Δω₃ (= ω_a - ω_m) 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 τ_3p 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 S_g. Das Polaritätssignal S_g 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 τ_3p mit dem Polaritätssignal S_g 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 K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindig keitssteuer/Regelkreises 10b. Das bedeutet, daß, wenn das Trägheitsmoment J den Koeffizientenmultiplizierer 117 und 118 zugeführt wird, die Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 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 ω_a. 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 Eingangsanschluß 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 ω_a über den Ausgangsanschluß 85 aus. Das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a 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 ω_a dem Integrierer 84 zugeführt, der den simu lierten Drehwinkel θ_a 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 ω_a von dem von dem zweiten Positionssteuer/Re gelkreis 7 an den Eingangsanschluß 88 gelieferten zweiten Geschwindigkeitssignal ω₂, um ein zweites Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ (= ω₂ - ω_a) zu bestimmen. Dann multipliziert der Multiplizierer 2 das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ mit dem proportionalen Übertragungsfaktor K_p2, der von dem Korrekturkreis 14 über den Eingangsanschluß 87 gelie fert wird. Der Multiplizierer 93 multipliziert das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ mit dem integralen Übertragungsfaktor K_i2 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 ω_m, wenn ein Lastmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht wird, da die Betriebsge schwindigkeit des Gleichstrommotors 1a sich ändert, während das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a 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 ω_m nicht dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b zugeführt wird. Daher ist die Amplitude des dritten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₃, d. h. die Differenz zwischen dem simulierten Geschwindig keitssignal ω_a und dem aktuellen Geschwindigkeitssi gnal ω_m 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 θ_ms 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 korrigiert 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 τ_ms 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 Ausführungsbei 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 Eingangsanschluß 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 Geschwindigkeitsregelung 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 θ_m, das den aktuellen Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a darstellt und ein aktuelles Geschwindigkeitssignal ω_m, 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 τ_a integriert, wie später beschrie ben wird, und liefert ein simuliertes Geschwindig keitssignal ω_a und einen Integrierer 128, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a integriert und ein simuliertes Drehwinkelsignal θ_a 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 τ_a 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 τ_a 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 verringert 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 ω_a 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 ω_ms2, 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 w_ms, 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 ω_a und das simulierte Drehwinkelsignal τ_a, 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 ω_a, das von dem Simulationskreis 6c geliefert wird, und eines von einem Rotationsdetektor 4 erzeugten aktuellen Geschwindigkeitssignals ω_m. Das aktuelle Geschwindigkeitssignal ω_m 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 τ_a 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 (K_p2S + K_i2)/(JS² + K_p2S + K_i2) (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 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 ω_m 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 erz 35081 00070 552 001000280000000200012000285913497000040 0002004318923 00004 34962ielt 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 ω_a und der Integrierer 128 erzeugt das simulierte Drehwinkelsignal θ_a. 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 τ_a zu bestimmen. Bei dem Empfang des simulierten Drehmomentsignals τ_a berechnet der Inte grierer 127 das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a 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 ω_a das simulierte Drehwinkelsignal θ_a 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 ω_a 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 - ω_a) 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 ω_a von dem von dem Simulationskreis 6c für das mechanische System an den Eingangsanschluß 60 gelie ferten simulierten Geschwindigkeitssignal ω_m subtra hiert, um das dritte Geschwindigkeitsabweichungssi gnal Δω₃ (= ω_a - ω_m) 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 τ_ms. 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 τ_ms (= τ₁ + τ₂) zu erhalten und führt es dem Begren zungskreis 172 zu. Der Begrenzungskreis 172 verhin dert, daß die Amplitude des endgültigen Drehmomentsi gnals τ_ms einen bestimmten Wert überschreitet.

Dann sieht der Koeffizientenmultiplizierer 173 ein Ankerstrom-Befehlssignal I_as vor. Wie allgemein be kannt ist, kann die Beziehung zwischen dem Ausgangs drehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a und dem Anker strom I_a durch den Ausdruck (2) dargestellt werden, in dem K_T eine Drehmomentkonstante ist. Wenn daher das endgültige Drehmomentsignal τ_ms an den Multipli zierer 173 mit einem Skalierfaktor von 1/K_T geliefert wird, wird das Ankerstrom-Befehlssignal I_as bestimmt.

Der Subtrahierer 174 erzeugt das Stromabweichungssi gnal ΔI (= I_as - I_a). Das heißt, der Subtrahierer 174 subtrahiert das von dem Stromdetektor an den Eingangsanschluß 170c gelieferte aktuelle Ankerstromsi gnal I_a von dem Ankerstrom-Befehlssignal I_as, 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 V_as. Das heißt, der Addierer 177 addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers 175 und des Koeffizientenmultiplizierers 176, um das An schlußspannungs-Befehlssignal V_as 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 V_as. 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 V_a des Gleich strommotors 1a mit einer bestimmten Spannung, die durch das Anschlußspannungs-Steuersignal V_as repräsen tiert wird, übereinstimmt. Somit steuern der Drehmo mentsteuer/Regelkreis 12a nach Fig. 20 und der Umfor mungskreis 13 das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleich strommotors 1a so, daß es mit dem endgültigen Drehmo ment, das durch das endgültige Drehmomentsignal τ_ms 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 K_p2 und eines inte gralen Übertragungsfaktors K_i2 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 ω_a 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): (K_p2 + K_i2/S)(1/J_s) für das Geschwindigkeitssteuer/ Regelsystem nach Fig. 21 dar. Gleichfalls in Fig. 16 gezeigt sind eine Übertragungsfunktion: (K_p2 + K_i2/S) für den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b und eine Übertragungsfunktion (1/J_s) für den Simula tionskreis 6d für das mechanische System. Eine Fre quenz ω_pi wird als PI-Durchbruchsfrequenz bezeichnet. Im allgemeinen ist die PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ω_sc. Die Ansprechfre quenz ω_sc und die PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi werden festgelegt, um die Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b unter Verwendung des Ausdrucks (4) zu bestimmen.

Aus dem Ausdruck (4) ist zu erkennen, daß die Über tragungsfaktoren K_p2 und K_i2 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 K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/ Regelkreises 10b unter Verwendung des Ausdrucks (4) bestimmt werden, kann die Antwort des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf die schrittweise Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ unter Verwendung des Ausdrucks (3) festgelegt werden. Der Wert des PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi wird praktisch so bestimmt, daß das Überschwingen der Antwort des simu lierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf einen ge wünschten Wert eingestellt wird. Üblicherweise ist die PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi, wie oben erwähnt, ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ω_sc.

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 ω_m in Abhängigkeit von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ und die Änderung des simulierten Geschwindigkeits signals ω_a in Abhängigkeit von der Änderung des zwei ten Geschwindigkeitssignals ω₂ nicht zueinander gleich und das dritte Geschwindigkeitsabweichungssi gnal Δω₃(ω_a - ω_m) 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 ω_m abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ hinter der Änderung des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a 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 ω_a abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ hin ter der Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssi gnals ω_m abhängig von der Änderung des zweiten Ge schwindigkeitssignals ω₂ nach. Somit ist das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ negativ während der Beschleunigung und positiv während der Verzögerung. 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 K_p2 und K_i2 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 K_p2 und K_i2 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 S_g. Es wird angenommen, daß das Polari tätssignal S_g "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 Eingangsanschluß 110 gelieferte Drehmomentsignal τ_3p mit dem Polaritätssignal S_g 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 K_p2 und K_i2 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 K_p2 und K_i2 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 ω_a. 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 τ_a zu bestimmen. Dann werden das simulierte Drehmomentsignal τ_a 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 zugeführt. Der Integrierer 183 integriert das simulierte Drehmomentsignal τ_a und es wird das simulierte Ge schwindigkeitssignal ω_a über den Ausgangsanschluß 185 ausgesandt. Somit kann das simulierte Geschwindig keitssignal ω_a erhalten werden, indem das simulierte Drehmomentsignal τ_a an den Integrierer geliefert wird, der eine Integrationszeitkonstante gleich dem Trägheitsmoment J aufweist.

Beim Empfang des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a berechnet der Integrierer 184 das simulierte Dreh momentsignal θ_a 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 ω_a von dem von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 an den Eingangsanschluß 88 gelieferten zweiten Geschwindig keitssignal ω₂, um das zweite Geschwindigkeitsabwei chungssignal Δω₂ (= ω₂ - ω_a) zu bestimmen, und dann multipliziert der Multiplizierer das zweite Geschwin digkeitsabweichungssignal Δω₂ mit dem proportionalen Übertragungsfaktor K_p2, 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 τ₂ zu erhalten und sendet dieses über den Begren zungskreis 96 an den Ausgangsanschluß 97. Der Begrenzungskreis 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 ω_m. Da allerdings das aktuelle Ge schwindigkeitssignal ω_m nicht an den zweiten Ge schwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b gegeben wird, ändert sich nicht das simulierte Geschwindigkeitssi gnal ω_a, 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 (ω_a = ω_m) 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 θ_ms 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 Welchselstrommotors 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 τ_ms übereinstimmt.

Die Positionsregeleinrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht zusätzlich den zwei ten Positionsregelkreis 7, den zweiten Geschwindig keitsregelkreis 10a und den Simulationskreis 6a für das mechanische System vor und ist in der Lage die Positionsregeloperation bei verbesserten Ansprechcha rakteristiken abhängig von der Änderung des Drehwin kel-Befehlssignals θ_ms durchzuführen. Wenn zusätz lich ein dritter Geschwindigkeitsregelkreis 11a vor gesehen ist, ist die Positionsregeleinrichtung in der Lage, die Positionsregeloperation bei verbesserten Ansprecheigenschaften abhängig von der Änderung des Lastmomentes 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 θ_ms 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 digkeitsregelkreis 11b erzeugt wird, unter einen be stimmten Wert reduziert wird, kann die Ansprechfre quenz für die Positionsregeloperation konstant gehal ten werden, selbst wenn das Trägheitsmoment der Lastmaschine unbekannt ist oder während des Betriebes variiert.

Claims

1. Positionsregeleinrichtung zum Regeln eines elek trischen Motors (1a) für den Antrieb einer Lastmaschine (3) über einen Drehmomentübertra gungsmechanismus (2) mit einem Rotationsdetektor (4) zum Abtasten der Drehgeschwindigkeit und des Drehwinkels des elektrischen Motors mit
einem ersten Positionsregelkreis (5), der ein erstes Drehgeschwindigkeitssignal (ω₁) abhängig von einem Drehwinkel-Befehlssignal (θ_ms), das einen Drehwinkel für den elektrischen Motor (1a) vorgibt, und einem aktuellen Drehwinkelsignal (θ_m) das von dem Rotationsdetektor (4) gelie fert wird, erzeugt,
einem Simulationskreis (6a-d) für das mechanische System, das den elektrischen Motor (1a), die Lastmaschine (3) und den Drehmomentübertragungs mechanismus (2) durch zwei Integrationselemente (27, 28) simuliert und ein simuliertes Drehge schwindigkeitssignal (ω_a) und ein simuliertes Drehwinkelsignal (θ_a) abhängig von einem zweiten Drehmomentsignal (τ₂) erzeugt,
einem zweiten Positionsregelkreis (7), der ein zweites Drehgeschwindigkeitssignal (ω₂) abhän gig von dem Drehwinkelbefehlssignal (θ_ms) und dem simulierten Drehwinkelsignal (θ_a) erzeugt,
einem Addierer (8), der das erste Drehgeschwin digkeitssignal (ω₁) und das zweite Drehgeschwindigkeitssignal (ω₂) zur Erzeugung eines dritten Drehgeschwindigkeitssignals (ω₃) addiert,
einem ersten Drehgeschwindigkeitsregelkreis (9), der ein erstes Drehmomentsignal (τ₁) abhängig von dem dritten Drehgeschwindigkeitssignal (ω₃) und dem von dem Rotationsdetektor (4) geliefer ten aktuellen Drehgeschwindigkeitssignals (ω_m), erzeugt,
einem zweiten Drehgeschwindigkeitregelkreis (10a), der ein zweites Drehmomentsignal (τ₂) ab hängig vom zweiten Drehgeschwindigkeitssignal (ω₂) und vom simulierten Drehgeschwindigkeits signal (ω_a) erzeugt und
einer Regelvorrichtung (12, 13), die das Aus gangsdrehmoment des elektrischen Motors (1a) ab hängig von den ersten und zweiten Drehmomentsi gnalen (τ₁, τ₂) regelt.

2. Positionsregeleinrichtung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch
einen dritten Drehgeschwindigkeitsregelkreis (11a, b), der ein drittes Drehmomentsignal (τ₃) abhängig von dem aktuellen Drehgeschwindigkeitssignal (ω_m) und dem simulierten Drehgeschwindigkeits signal (ω_a) erzeugt und wobei
die Regelvorrichtung (12, 13) das Ausgangs drehmoment des elektrischen Motors (1a) abhängig von den ersten, zweiten und dritten Drehmoment signalen (τ₁, τ₂, τ₃) regelt.

3. Positionsregeleinrichtung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch
einen dritten Drehgeschwindigkeitsregelkreis (11a, b), der ein drittes Drehmomentsignal (τ₃) abhängig von dem aktuellen Drehgeschwindigkeitssignal (ω_m) und dem simulierten Drehgeschwindigkeits signal (ω_a) erzeugt und wobei
der Simulationskreis (6a, c, d) das simulierte Drehge schwindigkeitssignal (ω_a) und das simulierte Drehwinkelsignal (θ_a) abhängig von dem zweiten und dritten Drehmomentsignal (τ₂, τ₃) erzeugt.

4. Positionsregeleinrichtung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch
einen dritten Drehgeschwindigkeitsregelkreis (11b) der ein drittes Drehmomentsignal (τ₃) abhängig von dem aktuellen Drehgeschwindigkeitssignal (ω_m) und dem simulierten Drehgeschwindigkeits signal (ω_a) erzeugt und
einen Korrekturkreis (14), der das dritte Drehmomentsignal (τ₃) empfängt, und wobei der Kor rekturkreis (14) die Integrationszeitkonstante des Simulationskreises (6b, 6d) und mindestens den Übertragungsfaktor des zweiten Drehgeschwin digkeitsregelkreises (10b) korrigiert, so daß die Amplitude des dritten Drehmomentsignals (τ₃) unter einem bestimmten Wert liegt.

5. Positionsregeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrektur kreis (14) vorgesehen ist, der das dritte Drehmomentsignal (τ₃) empfängt und daß der Kor rekturkreis (14) die Integrationszeitkonstante des Simulationskreises (6b, 6d) und mindestens den Übertragungsfaktor des zweiten Drehgeschwin digkeitsregelkreises (10b) korrigiert, so daß die Amplitude des dritten Drehmomentsignals (τ₃) unter einem bestimmten Wert liegt.