DE4345505B4

DE4345505B4 - Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors

Info

Publication number: DE4345505B4
Application number: DE4345505A
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: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2013-05-26
Also published as: DE4318923C2; DE4318923A1; JPH0630578A; GB2267361A; GB9308475D0; JP3084928B2; GB2267361B; US5428285A

Abstract

Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors (1a) für den Antrieb einer Lastmaschine (3) über einen Drehmomentübertragungsmechanismus (2), mit einem Rotationsdetektor (4), der die Drehgeschwindigkeit (ωm) und den Drehwinkel (θm) des elektrischen Motors (1a) erfaßt, mit einem Berechnungskreis (194) für das Vorwärtsregelsignal, der ein den Drehwinkel des elektrischen Motors (1a) vorgebendes Drehwinkel-Befehlssignal (θms) empfängt und ein simuliertes Drehwinkelsignal (θa), ein simuliertes Drehgeschwindigkeitssignal (ωa) und ein simuliertes Drehmomentsignal (τa) erzeugt, die durch eine Funktionsoperation einschließlich mindestens zweier Integrationsoperationen erhalten werden, einem Positionssteuer/Regelkreis (196), der ein erstes Drehgeschwindigkeitssignal (ω1) abhängig von dem simulierten Drehwinkelsignal (θa) und dem von dem Rotationsdetektor (4) gelieferten aktuellen Drehwinkelsignal (θm) erzeugt, einem Drehgeschwindigkeitssteuer/Regelkreis (197), der ein erstes Drehmomentsignal (τ1) abhängig von dem simulierten Drehgeschwindigkeitssignal (ωa), dem ersten Drehgeschwindigkeitssignal (ω1) und dem von dem Rotationsdetektor (4) gelieferten aktuellen Drehgeschwindigkeitssignal (ωm) erzeugt, und einer Steuer/Regelvorrichtung (198, 13), die das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors (1a) abhängig von dem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors, wie einen Gleichstrommotor, einen Induktionsmotor oder einen Synchronmotor für den Antrieb eines Mechanismus, wie den Arbeitstisch einer Werkzeugmaschine oder den Roboterarm eines elektrischen Industrieroboters.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Positions/Steuerregeleinrichtung nach dem Stand der Technik, die bei dem ”Symposiom for Small Motor Technology”, Session B-4 im Jahr 1987 unter der Schirmherrschaft der ”Japan Management Association” durchgeführt wurde. In 1 sind ein Gleichstrommotor 1a, ein Geschwindigkeitsdetektor 4a, ein Positionsdetektor 4b, ein Subtrahierer 5a, ein Positionssteuer/Regelkreis 5b, ein Kreis 5c zum Erzeugen eines Vorkoppelsignals, ein Addierer 5d, eine Subtrahierer 9a, ein Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9b, ein Umformerkreis 13 und ein Erzeugungskreis für ein Drehwinkel-Befehlssignal dargestellt.
Im Betrieb erzeugt der Positionssteuer/Regelkreis 5b ein Geschwindigkeitssignal ω_ms1. Der Subtrahierer 5a subtrahiert ein vom Positionsdetektor 4b erzeugtes aktuelles Drehwinkelsignal θ_m von vom Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal gelieferten Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms, um ein Drehwinkelabweichungssignal Δθ (= θ_ms – θ_m) an den Drehwinkelsteuer/Regelkreis 5b zu geben. Dieser Kreis 5b erzeugt ein Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_ms1.
Der Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal erzeugt ein Vorkoppelsignal ω_ms2. Das von dem Erzeugungskreis 15 des Rotationsdrehwinkel-Befehlssignals erzeugte Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms wird an den Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal geliefert und dieser führt eine Differenzierung durch, um das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal ω_ms2 zu erhalten, das heißt die Änderungsgeschwindigkeit des Drehwinkel-Befehlssignals θ_ms.
Der Addierer 5d addiert das Geschwindigkeitssteuersignal ω_ms1 und das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal ω_ms2 und erzeugt ein endgültiges Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_ms (= ω_ms1 + ω_ms2).
Wenn ein Regelsignal von dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9b erzeugt wird, subtrahiert der Subtrahierer 9a die von dem Geschwindigkeitsdetektor 4a gelieferte aktuelle Geschwindigkeit von dem endgültigen Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_ms, um das Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω (= ω_ms – ω_m) an den Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9b zu liefern und dieser erzeugt ein Drehmomentsignal. Ein Steuer/Regelsignal wird zur Steuerung des Umformerkreises 13 an diesen gegeben, so dass das Ausgangsdrehmoment des Gleichstrommotors 1a mit dem Drehmomentsignal übereinstimmt.
Da der Ankerstrom des Gleichstrommotors 1a wesentlich proportional zu dem Drehmoment variiert, ist der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9b intern mit einer Stromrückkopplungsschleife versehen, um die Ansprecheigenschaften des Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9b zu verbessern.
Wie allgemein bekannt ist, wird ein Regelsystem, das mit einer Geschwindigkeitsregelschleife und einer Stromregelschleife als Unterschleife versehen ist, um die Position der Ausgangswelle, d. h. den Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a abhängig von einem Regelsignal bei hoher Ansprechgeschwindigkeit variieren zu lassen, ein Kaskadenregelsystem genannt. Ein derartiges Kaskadenregelsystem verlangt Unterschleifen, damit es bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit arbeitet. Bei der Steuer/Regeleinrichtung nach 1 nach dem Stand der Technik zum Steuern/Regeln der Position der Ausgangswelle eines elektrischen Motors ist die Reihenfolge der Wichtigkeit der Hochgeschwindigkeitsansprecheigenschaften die Stromregelschleife, die Geschwindigkeitsregelschleife und die Positionsregelschleife. Im allgemeinen ist der Übertragungsfaktor bzw. die Verstärkung des Regelsystems so bestimmt, daß die Ansprechgeschwindigkeit der Stromregelschleife ein Vielfaches der der Geschwindigkeitsregelschleife und die Ansprechfrequenz der Geschwindigkeitsregelschleife ein Vielfaches derjenigen der Positionsregelschleife ist.
Somit ist eine Verbesserung der Ansprecheigenschaften der Geschwindigkeitsregelschleife notwendig, um die Ansprecheigenschaften der Positionsregelschleife zu verbessern. Die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik nach 1 ist zusätzlich mit einem Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal versehen, um die Ansprecheigenschaften der Positionsregelschleife zu verbessern. Der Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal liefert das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal ω_ms2 proportional zu der Änderungsrate des Positionsbefehlssignals θ_ms. Da die Betriebsgeschwindigkeit ω_m des Gleichstrommotors eine Ableitung des Drehwinkels θ_m folgt der Drehwinkel θ_m des Gleichstrommotors 1a dem Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms, wenn der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9b den Gleichstrommotor 1a so steuert bzw. regelt, daß die aktuelle Geschwindigkeit ω_m des Gleichstrommotors 1a mit dem Vorkoppelgeschwindigkeitssignal ω_ms2 übereinstimmt.
Die vorbeschriebene Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik ist in der Lage, die Position bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit aufgrund der Operation des Erzeugungskreises 5c des Vorkoppelgeschwindigkeitssignals zu regeln, selbst wenn es schwierig ist, den Verstärkungsfaktor des Positionssteuer/Regelkreises aufgrund von Beschränkungen, die von den Ansprecheigenschaften der Geschwindigkeitssteuerschleife gegeben sind, zu erhöhen.
Da allerdings der Erzeugungskreis 5c für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal dieses durch Differenzierung bestimmt, ändert sich die Geschwindigkeit plötzlich, wodurch eine plötzliche Änderung des Ausgangsdrehmoments des Gleichstrommotors 1a bewirkt wird, wenn das Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms sich nicht weich ändert. Wenn die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors, der beispielsweise eine Kugelschraubenwelle für den Antrieb des Arbeitstisches einer Werkzeugmaschine antreibt, in einer derartigen Weise geregelt wird, wird eine hohe Stoßkraft auf den Arbeitstisch aufgebracht, wodurch die Maschine die Schwingungen und Geräusche erzeugen kann.
Wenn darüber hinaus die Kugelschraubenwelle, die als Element eines Drehmomentübertragungsmechanismus dient, eine relativ geringe Steifheit aufweist oder das Reduktionsgetriebe der Werkzeugmaschine ein Flankenspiel hat, können große mechanische Schwingungen erzeugt werden, wenn die Ansprechfrequenz der Geschwindigkeitsregelschleife erhöht wird. Somit muß die Ansprechfrequenz der Geschwindigkeitsregelschleife, die einen einen Arbeitstisch über einen Drehmomentübertragungsmechanismus antreibenden elektrischen Motor regelt, niedriger sein als diejenige der Geschwindigkeitsregelschleife, wenn nur der elektrische Motor geregelt wird. Das Kraftmoment, das auf den Roboterarm eines elektrischen Industrieroboters wirkt, variiert entsprechend der Position des Roboterarms und wenn der elektrische Motor für den Antrieb des Roboterarms eines elektrischen Industrieroboters verwendet wird, verringert sich die Ansprechfrequenz der Geschwindigkeitsregelschleife, wenn das Trägheitsmoment des Roboterarmes erhöht wird. Bei diesen Umständen kann die Betriebsgeschwindigkeit des elektrischen Motors nicht dem Vorkoppelgeschwindigkeitssignal folgen und das Überschwingen der Antwort auf das Drehwinkel-Regelbefehlssignal, d. h. auf einen Positionsregelbefehl, tritt selbst dann auf, wenn das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal durch den Erzeugungskreis für das Vorkoppelgeschwindigkeitssignal bestimmt ist, da die Ansprechgeschwindigkeit der Geschwindigkeitsregelschleife gering ist.
Unbehauen Heinz, Regelungstechnik I, Braunschweig/Wiesbaden: Friedr. Vieweg & Sohn, 1982, S. 328–338, gibt eine allgemeine Beschreibung von Regelkreisstrukturen, wie Vorsteuerregelungen oder Störgrößenaufschaltungen. Es beschreibt klassische Verfahren zur Analyse und Synthese linearer kontinuierlicher Regelungssysteme.
Die US 5,063,335 A beschreibt ein Verfahren zur Kontrolle eines Servomotors. Hier werden zwei Befehlseingaben in ein System zur Kontrolle einer Befehlsausgabe an einen Servomotor eingegeben, eine Geschwindigkeitsbefehlseingabe, die aus einem Vergleich einer befohlenen Position und einem Positionsfeedback resultiert, und eine Geschwindigkeits-Feedforward-Befehlseingabe.
Die EP 0 334 613 A1 offenbart eine Steuerung für einen elektrischen Motor, bei der ein Positionssteuersignal PCOM mit der tatsächlichen Position des Motors verglichen und ein Differenzsignal gebildet wird. Weiterhin wird das Positionssteuersignal differenziert, um ein Drehgeschwindigkeitssteuersignal VCOM zu erhalten. Dieses wird ebenfalls mit der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit des Motors verglichen um ein Differenzsignal zu erhalten. Mittels dieser Rückkopplung und einem Drehmoment-Vorwärts-Steuersignal wird dann der Elektromotor gesteuert.
Unter Berücksichtigung der vorhergehenden Beschreibung ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors zu schaffen, der in der Lage ist, bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit zu arbeiten, ohne die Erzeugung von mechanischen Schwingungen durch die von dem elektrischen Motor angetriebene Maschine zu bewirken. Dies soll möglich sein, selbst wenn das mechanische System aufgrund von unzureichender Starrheit des Drehmomentübertragungssystems oder aufgrund von Flankenspielen zwischen den Zahnrädern des Drehmomentübertragungsmechanismus mechanische Schwingungen erzeugt oder wenn ein Drehwinkel-Befehlssignal oder ein Lastmoment variiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung eines elektrischen Motors vorgesehen, die umfaßt:

(1) einen Berechnungskreis für ein Vorkoppelsignal, das ein simuliertes Drehwinkelsignal, ein simuliertes Geschwindigkeitssignal und ein simuliertes Drehmomentsignal auf der Grundlage eines Drehwinkel-Befehlssignals erzeugt,
(2) einen Positionssteuer/Regelkreis, der ein erstes Geschwindigkeitssignal auf der Grundlage des simulierten Drehwinkelsignals und eines aktuellen Drehwinkelsignals erzeugt, das von einem Rotationsdetektor geliefert wird und den aktuellen Drehwinkel darstellt,
(3) einen Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis, der ein erstes Drehmomentsignal auf der Grundlage des simulierten Geschwindigkeitssignals, des ersten Geschwindigkeitssignals und das von dem Rotationsdetektor gelieferten aktuellen Geschwindigkeitssignal erzeugt und
(4) eine Steuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln des Ausgangsdrehmomentes des elektrischen Motors auf der Grundlage des simulierten Drehmomentsignals und des ersten Drehmomentsignals.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Positionssteuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors nach dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die einen Korrekturkreis für die Korrektur von Steuer/Regelparametern für den Berechnungskreis des Vorkoppelsignals auf der Grundlage eines Geschwindigkeitsabweichungssignals aufweist, das die Abweichung des aktuellen Geschwindigkeitssignals von dem simulierten Geschwindigkeitssignal darstellt.
Der Berechnungskreis für das Vorkopplungssignal in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt das simulierte Drehwinkelsignal mit vorbestimmten Ansprecheigenschaften in Bezug auf das Drehwinkel-Befehlssignal, das simulierte Geschwindigkeitssignal und das simulierte Drehmomentsignal. Der Positionssteuer/Regelkreis bestimmt das erste Geschwindigkeitssignal auf der Grundlage des simulierten Drehwinkelsignals und des aktuellen Drehwinkelsignals, das den aktuellen Drehwinkel des elektrischen Motors darstellt und von dem Rotationsdetektor geliefert wird. Darüber hinaus bestimmt der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis das erste Drehmomentsignal auf der Grundlage des simulierten Geschwindigkeitssignals und des aktuellen Drehwinkelsignals, das von dem Rotationsdetektor geliefert wird. Die Steuer/Regelvorrichtung steuert den Motor, daß das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors mit dem endgültigen Drehmomentsignal übereinstimmt, das durch Addieren des simulierten Drehmoments und des ersten Drehmoments erhalten wird.
Der Korrekturkreis der Positionssteuer/Regeleinrichtung in dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung korrigiert Steuer/Regelparameter für den Berechnungskreis des Vorkoppelsignals entsprechend der Änderung des Trägheitsmoments der Lastmaschine, so daß der absolute Wert des Abweichungssignals, das die Abweichung des aktuellen Geschwindigkeitssignals von dem aktuellen Geschwindigkeitssignal darstellt, verringert wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung und Beispiele zur besseren Erläuterung einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors nach dem Stand der Technik,
2 ein Blockschaltbild einer Positionssteuer/Regeleinrichtung,
3 ein Blockschaltbild eines ersten Positionssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 2 enthalten ist,
4 ein Blockschaltbild eines ersten Simulationskreises für das mechanische System, das in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 2 enthalten ist,
5 ein Blockschaltbild eines zweiten Positionssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 2 enthalten ist,
6 ein Blockschaltbild eines ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 2 enthalten ist,
7 ein Blockschaltbild eines zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 2 enthalten ist,
8 ein Blockschaltbild eines dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 2 enthalten ist,
9 ein Blockschaltbild eines Drehmomentsteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 2 enthalten ist,
10 ein Blockschaltbild einer weiteren Positionssteuer-/Regeleinrichtung,
11 ein Blockschaltbild eines Simulationskreises für ein mechanisches System, das in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 10 enthalten ist,
12 ein Blockschaltbild eines zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 10 enthalten ist,
13 ein Blockschaltbild eines dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 10 enthalten ist,
14 ein Blockschaltbild eines Korrekturkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 10 enthalten ist,
15 ein Blockschaltbild eines Geschwindigkeitsregelsystems, das den zweiten Geschwindigkeitssteuerkreis und den Simulationskreis für das mechanische System umfaßt, die in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 10 enthalten sind,
16 ein Bode-Diagramm für das Geschwindigkeitsregelsystem nach 15;
17(a) und 17(b) Kurvendarstellungen, die zur Erläuterung des Prinzips der Betriebsweise des zweiten Korrekturkreises nach 14 dienen,
18 ein Blockschaltbild einer weiteren Positionssteuer/Regeleinrichtung,
19 ein Blockschaltbild eines Simulationskreises für das mechanische System, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 18 enthalten ist,
20 ein Blockschaltbild eines Drehmomentsteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 18 enthalten ist,
21 ein Blockschaltbild eines Geschwindigkeitsregelsystems, das einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis und den Simulationskreis für das mechanische System umfaßt, die in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 18 enthalten sind,
22 ein Blockschaltbild einer weiteren Positionssteuer/Regeleinrichtung,
23 ein Blockschaltbild eines Simulationskreises für das mechanische System, das in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 22 enthalten ist,
24 ein Blockschaltbild einer Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
25 ein Blockschaltbild eines Berechnungskreises für das Vorkoppelsignal, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 24 enthalten ist,
26 ein Blockschaltbild eines Positionssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 24 enthalten ist,
27 ein Blockschaltbild eines Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 24 enthalten ist,
28 ein Blockschaltbild eines Drehmomentsteuer/Regelkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 24 enthalten ist,
29 ein Blockschaltbild, das die Betriebsweise des Berechnungskreises für das Vorkoppelsignal nach 25 erläutert,
30 ein Blockschaltbild einer Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
31 ein Blockschaltbild eines Berechnungskreises für das Vorkoppelsignal, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 30 enthalten ist,
32 ein Blockschaltbild eines Korrekturkreises, der in der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 30 enthalten ist,
33 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Betriebsweise des Berechnungskreises für das Vorkoppelsignal nach 31, und
34(a) und 34(b) Kennlinien zur Erläuterung der Betriebsweise des Korrekturkreises nach 32.
Bevorzugte Beispiele und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen Bauelemente, die identisch oder entsprechend den Bauelementen, die unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben wurden, sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung wird zur Vermeidung von Wiederholungen weggelassen.
1. Beispiel:
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern eines elektrischen Motors wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 9 beschrieben. Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen. 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 identisch mit dem Umformerkreis 13 der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik ist.
Zusätzlich zu den mit der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik identischen Bauteilen umfaßt die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach 2 einen Drehmomentübertragungsmechanismus 2, eine Lastmaschine 3, einen Rotationsdetektor 4 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit und des Drehwinkels des Gleichstrommotors 1a, einen ersten Positionssteuer/Regelkreis 5, einen Simulationskreis 6a eines mechanischen Systems, einen zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7, einen Addierer 8, einen ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9, einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/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 Tachogenerator und einem Positionsdetektor, wie einem Kodierer. Eine Drehmomentsteuereinrichtung zum Steuern des Drehmoments des Gleichstrommotors 1a besteht aus dem Drehmomentsteuerkreis 12 und dem Umformerkreis 13.
3 zeigt den ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 nach 2, der einen mit dem Kreis 15 zur Erzeugung des Drehwinkel-Befehlssignals verbundenen Eingangsanschluss 21, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluss 22, einen mit dem Eingangsanschluss 21 und dem Eingangsanschluss 22 verbundenen Subtrahierer 23, einen mit dem Subtrahierer 23 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 24 und einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 24 verbundenen Ausgangsanschluss umfaßt.
4 zeigt den Simulationskreis 6a für das mechanische System und umfaßt einen mit dem zweiten Geschwindigkeitssteuerkreis 10a verbundenen Eingangsanschluß, einen mit dem Eingangsanschluß 26 verbundenen Integrierer 27, einen mit dem Integrierer 27 verbundenen Integrierer 28, einen mit dem Integrierer 27 verbundenen Ausgangsanschluß 29 und einen mit dem Integrierer 28 verbundenen Ausgangsanschluß 30.
5 zeigt den zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7, der einen mit dem Kreis 15 zur Erzeugung des Drehwinkel–Befehlssignals verbundenen Eingangsanschluß 31, einen mit dem Simulationskreis 6a für das mechanische System verbundenen Eingangsanschluß 32, einen mit den Eingangsanschlüssen 31 und 32 verbundenen Subtrahierer 33, einen mit dem Subtrahierer 33 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 34 und einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer verbundenen Ausgangsanschluß 35 umfaßt.
6 zeigt den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9, der einen mit dem Addierer 8 verbundenen Eingangsanschluß 41, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 42, einen mit dem Eingangsanschluß 41 und dem Eingangsanschluß 42 verbundenen Subtrahierer 43, einen mit dem Subtrahierer 43 verbundenen Integrierer 44, einen mit dem Subtrahierer 43 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 45, einen mit dem Integrierer 44 und dem Koeffizientenmultiplizierer 45 verbundenen Addierer 46, einen mit dem Addierer 46 verbundenen Begrenzungskreis 47 und einen mit dem Begrenzungskreis 47 verbundenen Ausgangsanschluß 48 umfaßt.
7 zeigt den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a, der einen mit dem zweiten Positionssteuer/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 Subtrahierer 53, einen mit dem Subtrahierer 53 verbundenen Integrierer 54, einen mit dem Subtrahierer verbundenen 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 8 ist der dritte Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a dargestellt, der einen mit dem Simulationskreis 6a für das mechanische System verbundenen Eingangsanschluß 60, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 61, einen mit den Eingangsanschlüssen 60, 61 verbundenen Subtrahierer 62, einen mit dem Subtrahierer 62 verbundenen Integrierer 63, einen mit dem Subtrahierer 62 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 64, einen mit dem Integrierer 63 und dem Koeffizientenmultiplizierer 64 verbundenen Addierer 65 und einen mit dem Addierer 65 verbundenen Ausgangsanschluß 66 umfaßt.
9 zeigt den Drehmomentsteuerkreis 12, der einen mit dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 verbundenen Eingangsanschluß 70a, einen mit dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a verbundenen Eingangsanschluß 70b, einen mit dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a verbundenen Eingangsanschluß 70c, einen mit einem Stromdetektor verbundenen Eingangsanschluß 70d (nicht dargestellt), einen mit den Eingangsanschlüssen 70a, 70b und 70c verbundenen Addierer 71, einen mit dem Addierer 71 verbundenen Begrenzungskreis 72, einen mit dem Begrenzungskreis 72 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 73, einen mit dem Eingangsanschluß 70d und dem Koeffizientenmultiplizierer 73 verbundenen Subtrahierer 74, einen mit dem Subtrahierer 74 verbundenen Integrierer, einen mit dem Subtrahierer 74 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 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 verbundenen Eingangsanschluß 79 aufweist.
Vor der Beschreibung der Betriebsweise der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem ersten Beispiel wird das Steuerprinzip des Drehwinkels, d. h. der Position des Gleichstrommotors 1a in Verbindung mit einem Steuersystem beschrieben, das die Komponenten nach 2 mit der Ausnahme des Simulationskreises 6a für das mechanische System, des zweiten Positionssteuer/Regelkreises 7, des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10a und des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11a aufweist.
Wie oben erwähnt, ist das Steuersystem ein Steuersystem gemeinsamer Position mit einer Geschwindigkeitssteuerschleife als Unterschleife. Wenn, wie bekannt ist, der Drehmomentübertragungsmechanismus 2 (2) eine relativ niedrige Steifheit aufweist, werden durch die mechanische Resonanz große Schwingungen erzeugt, wenn der Übertragungsfaktor (Verstärkung) des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 erhöht wird, um die Ansprechgeschwindigkeit des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 zu erhöhen. In einem solchen Fall ist es schwierig, die Antwortfrequenz 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 darstellendes Signal θ_m des aktuellen Drehwinkels und ein aktuelles Geschwindigkeitssignal ω_m, die von dem Rotationsdetektor 4 geliefert werden, werden jeweils dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 und dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 zugeführt. Wenn diese Signale Schwingungskomponenten entsprechend den durch die mechanische Resonanz erzeugten Schwingungen aufweisen, werden die Schwingungskomponenten durch den ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 und den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 jeweils verstärkt. Daher können die Antwortfrequenzen der Positionssteuerschleife und der Geschwindigkeitssteuerschleife nicht erhöht werden.
Um ein derartiges Problem zu lösen, steuert bzw. regelt dieses Beispiel den Gleichstrommotor 1a in einer Parallelregelung. Der Simulationskreis 6a für das mechanische System, der das mechanische System bestehend aus dem Gleichstrommotor 1a, dem Drehmomentübertragungsmechanismus 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 simuliertes Geschwindigkeitssignal ist, θ_a ein simuliertes Drehwinkelsignal ist, J_s das Trägheitsmoment des mechanischen Systems ist. Wie in 4 gezeigt wird, umfaßt der Simulationskreis 6a für das mechanische System einen Integrierer 27, der das zweite Drehmomentsignal τ₂ integriert und ein simuliertes Geschwindigkeitssignal ω_a liefert, und den Integrierer 28, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a integriert und das simulierte Drehwinkelsignal θ_a vorsieht. Der Simulationskreis 6a für das mechanische System approximiert die Drehmomentübertragungseigenschaften des mechanischen Systems auf ideale Integrationselemente, 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/Regelkreis 5 und dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 jeweils entsprechen, steuern den Simulationskreis 6a für das mechanische System. Der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a liefert das zweite Drehmomentsignal τ₂ an den Simulationskreis 6a für das mechanische System. Die jeweiligen Übertragungsfaktoren (Verstärkungen) des zweiten Positionssteuer/Regelkreises 7 und des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10a sind so bestimmt, daß die gewünschten Antwortfrequenzen für den zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 und den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a gesetzt werden. Wenn der Gleichstrommotor 1a geregelt wird, so daß das Ausgangsdrehmoment mit einem Drehmomentsignal übereinstimmt, das durch Addieren eines ersten Drehmomentsignals τ₁ von dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 mit dem zweiten Drehmomentsignal τ₂ von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a erhalten 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 mechanische Resonanz verringert wird, da ein zur Steuerung bzw. Regelung der Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a bei einer gewünschten Antwortfrequenz notwendiges Drehmoment durch das zweite Drehmomentsignal τ₂ spezifiert wird. Somit sieht der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a ein zweites Drehmomentsignal τ₂ in einem Parallelregelungsmodus (feed-forward control mode) auf der Grundlage 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/Regelkreis gelieferten Geschwindigkeitssignals ω₁ und des von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 gelieferten zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ durch den Addierer 8 erhalten wird, an den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 gegeben wird.
Der Simulationskreis 6a für das mechanische System, der zweite Positionssteuer/Regelkreis 7 und der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a liefern das zweite Geschwindigkeitssignal ω₂ und das zweite Drehmomentsignal τ₂ entsprechend der Änderung des Drehwinkel–Befehlssignals θ_ms, um die Ansprecheigenschaften der Positionssteuerung/Regelung zu verbessern.
Andererseits ändern sich das simulierte Geschwindigkeitssignal 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 variiert. Somit können die Ansprecheigenschaften der Positionssteuerung/Regelung, die sich auf die Änderung des Lastdrehmoments beziehen, nicht durch den Simulationskreis 6a für das mechanische System, den zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 und den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a verbessert werden.
Um die Ansprecheigenschaften der Positionssteuerung/Regelung zu ermöglichen, ist die Positionssteuer/Regeleinrichtung zusätzlich mit dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a versehen, der ein drittes Drehmomentsignal τ₃ auf der Grundlage des Simulationskreises 6a für das mechanische System, des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a und des von dem Rotationsdetektor 4 gelieferten aktuellen Geschwindigkeitssignals ω_m. Die Änderung des Lastdrehmoments zieht die Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssignals 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 erhalten 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 unterdrückt darüber hinaus die Änderung des Ansprechens, die auftreten wird, wenn die Integrationszeitkonstante, d. h. das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6a für das mechanische System sich von dem aktuellen Wert unterscheidet. Die Betriebsweise der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem ersten Beispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 9 beschrieben.
In dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 nach 3 liefert der Koeffizientenmultiplizierer 24 das erste Geschwindigkeitssignal ω₁. Der Subtrahierer 23 subtrahiert den von dem Rotationsdetektor 4 dem Eingangsanschluß 22 zugeführten aktuellen Drehwinkel θ_m von dem Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms, das dem Eingangsanschluß 21 von dem Kreis 15 zur Erzeugung des Drehwinkel-Befehlssignals zugeführt wird, um die erste Drehwinkelabweichung Δθ₁ (= θ_ms – θ_m) zu bestimmen und liefert die erste Drehwinkelabweichung Δθ₁ an den Koeffizientenmultiplizierer 24, dann bestimmt der Koeffizientenmultiplizierer 24 das erste Geschwindigkeitssignal ω₁ und sendet dieses über den Ausgangsanschluß 25 weiter.
In dem Simulationskreis 6a für das mechanische System nach 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 verbundene Integrierer 27 unter Verwendung des Ausdrucks (1) die Berechnung durch, um das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a zu bestimmen, und gibt das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a über den Ausgangsanschluß 29 aus. Wenn zwischenzeitlich das simulierte 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 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 gelieferte simulierte Drehwinkelsignal θ_a von dem Drehwinkel–Befehlssignal θ_ms, das von dem Kreis 15 zur Erzeugung des Drehwinkel-Befehlssignals an den Eingangsanschluß 31 geliefert wird, um die zweite Drehwinkelabweichung Δθ₂ (= θ_ms – θ_a) zu bestimmen, und liefert die zweite Regelwinkelabweichung Δθ₂ an den Koeffizientenmultiplizierer 34. Dann bestimmt der Koeffizientenmultiplizierer 34 das zweite Geschwindigkeitssignal ω₂ und gibt dieses über den Ausgangsanschluß 35 aus.
Daraufhin addiert der Addierer 8 nach 2 das von dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 gelieferte erste Geschwindigkeitssignal ω₁ und das von dem zweiten 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 Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 nach 6 das erste Drehmomentsignal τ₁. Der Subtrahierer 43 subtrahiert das von dem Rotationsdetektor 4 über den Eingangsanschluß 42 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssignal ω_m von dem von dem Addierer 8 an den Eingangsanschluß 41 gelieferten dritten Geschwindigkeitssignal ω₃, um das erste Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₁ (= ω₃ – ω_m) zu bestimmen, und liefert das erste Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₁ an den Integrierer 44 und den Koeffizientenmultiplizierer 45. Der Addierer addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Integrators 44 und des Koeffizientenmultiplizierers 45, um das erste Drehmomentsignal τ₁ zu bestimmen und liefert dieses über den Begrenzungskreis 47 an den Ausgangsanschluß 48. Der Begrenzungskreis 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 7 das zweite Drehmomentsignal τ₂. Der Subtrahierer 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 Geschwindigkeitssignal ω₂, um das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ (= ω₂ – ω_a) zu bestimmen, und gibt das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ an den Integrierer 54 und den Koeffizientenmultiplizierer 55. Dann addiert der Addierer 56 die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers 54 und des Koeffizientenmultiplizierers 55, um das zweite Drehmomentsignal τ₂ zu bestimmen und gibt dieses über den Begrenzungskreis 57 an den Ausgangsanschluß 58 weiter. Der Begrenzungskreis 57 begrenzt den absoluten maximalen Wert des zweiten Drehmomentsignals τ₂ auf einen vorbestimmten Wert.
In dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a nach 8 liefert der Addierer 65 das dritte Drehmomentsignal τ₃. 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 simulierten Geschwindigkeitssignal ω_a, um das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ (= ω_a – ω_m) zu bestimmen und liefert das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ an den Integrierer 63 und den Koeffizientenmultiplizierer 64. Dann addiert der Addierer 65 die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers und des Koeffizientenmultiplizierer 64 und sendet das dritte Drehmomentsignal τ₃ über den Ausgangsanschluß 66 nach außen.
Der Addierer 71 in dem Drehmomentsteuer/Regelkreis 12 nach 9 liefert das endgültige Drehmomentsignal τ_ms. Der Addierer 71 addiert das von dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 an den Eingangsanschluß 70a gelieferte erste Drehmomentsignal τ₁, das von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a an den Eingangsanschluß 70b gelieferte zweite Drehmomentsignal τ₂ und das von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/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 an den Begrenzungskreis 72, der ein Überschreiten der Amplitude des endgültigen Drehmomentsignals τ_ms über einen bestimmten Wert verhindert.
Der Koeffizientenmultiplizierer 73 erzeugt ein Ankerstrom-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 KT aufweist, dann erzeugt der Koeffizientenmultiplizierer 73 das Ankerstrom-Befehlssignal I_as. Daraufhin erzeugt der Subtrahierer 74 ein Stromabweichungssignal ΔI (= I_as – I_a). Der Subtrahierer 74 subtrahiert ein von einem Stromdetektor (nicht dargestellt) an den Eingangsanschluß 70d gelieferte aktuelle Ankerstromsignal I_a von einem von dem Koeffizientenmultiplizierer 73 gelieferten Ankerstrom–Befehlssignal I_as, um das Stromabweichungssignal ΔI zu bestimmen, und gibt das Stromabweichungssignal Δ an den Integrierer 75 und den Koeffizientenmultiplizierer 76.
Der Addierer 77 addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers 75 und des Koeffizientenmultiplizierers 76, um ein Spannungsbefehlssignal V_as und bestimmen, 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-(Pulsweitenmodulation)Kreis ist von bekanntem Aufbau und daher wird seine Beschreibung weggelassen.
Der Umformerkreis 13 und der PWM–Kreis 78 arbeiten in der Weise, daß die Anschlußspannung V_a des Gleichstrommotors 1a mit einer spezifischen Spannung übereinstimmt, die durch das Spannungsbefehlssignal V_as dargestellt wird. Somit arbeiten der Drehmomentsteuer/Regelkreis 12 und der Umformerkreis 13 in der Weise, daß das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a entsprechend dem endgültigen Drehmomentsignal τ_ms variiert.
Zweites Beispiel:
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem zweiten Beispiel wird unter Bezugnahme auf die 10 bis 14 im Folgenden erläutert. Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
In 10 ist ein Gleichstrommotor 1a, ein Drehmomentübertragungsmechanismus 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 Kreisen nach dem ersten Beispiel entsprechen.
Zusätzlich zu den Kreisen nach dem ersten Beispiel enthält das zweite Beispiel nach 10 einen Simulationskreis 6b für das mechanische System, einen zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b, einen dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b und einen Korrekturkreis 14. Eine Drehmomentsteuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln des Ausgangsdrehmoments des Gleichstrommotors 1a, die in dem zweiten Beispiel ähnlich zu der Drehmomentsteuer/Regelvorrichtung des ersten Beispiels ist, besteht aus dem Drehmomentsteuer/Regelkreis 12 und dem Umformerkreis 13.
Der Simulationskreis 6b für das mechanische System nach 11 umfaßt einen Eingangsanschluß 80, der mit dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b verbunden ist, einen mit dem Korrekturkreis 14 verbundenen Eingangsanschluß 81, einen mit den Eingangsanschlüssen 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 Ausgangsanschluß 86.
Der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b nach 12 umfaßt mit dem Korrekturkreis 14 verbundene Eingangsanschlüsse 87, 90, einen mit dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 verbundenen Eingangsanschluß 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 Subtrahierer 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 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 Eingangsanschlüssen 100, 101 verbundenen Subtrahierer 102, einen mit dem Subtrahierer 102 verbundenen Integrator 103, einen mit dem Subtrahierer 102 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 104, einen mit dem Integrator 103 und dem Koeffizientenmultiplizierer 104 verbundenen Addierer 105, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 104 verbundenen Ausgangsanschluß 106 und einen mit dem Addierer 105 verbundenen Ausgangsanschluß 107.
Der Korrekturkreis 14 nach 14 umfaßt einen mit dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b verbundenen Eingangsanschluß 110, einen mit dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b verbundenen Eingangsanschluß 111, einen mit dem Eingangsanschluß 111 verbundenen Polaritätsunterscheidungskreis 112, einen mit dem Eingangsanschluß 110 und dem Polaritätsunterscheidungskreis 112 verbundenen Multiplizierer 113, einen mit dem Multiplizierer 113 verbundenen Integrierer 114, einen konstanten Vorgabekreis 115, einen mit dem Integrierer 114 und dem konstanten Vorgabekreis 115 verbundenen Addierer 116, mit dem Addierer 116 verbundene Koeffizientenmultiplizierer 117, 118, einen mit dem Addierer verbundenen Ausgangsanschluß 119, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 117 verbundenen Ausgangsanschluß 120 und einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 118 verbundenen Ausgangsanschluß 121.
Ein Verfahren zur Vorgabe von Verstärkungen (Übertragungsfaktoren) K_p2 und K_i2 für den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 15 und 16 beschrieben. 15 stellt ein Blockdiagramm eines Geschwindigkeitssteuer/Regelsystems bestehend aus dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b und dem Simulationskreis 6b für das mechanische System dar. In 15 sind die proportionale Verstärkung (Übertragungsfaktor) K_p2 und die integrale Verstärkung (der integrale Verstärkungsfaktor) K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b jeweils dargestellt und, wie oben erwähnt, ist J die Integrationszeitkonstante, d. h. das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6b für das mechanische System. Wie in 15 gezeigt wird, wird die Beziehung zwischen dem zweiten Geschwindigkeitssignal ω₂ und dem simulierten Geschwindigkeitssignal ω_a durch die folgende Übertragungsfunktion ausgedrückt: ω_a/ω₂ = (K_p2S + K_i2)/(JS² + K_p2S + K_i2) (3)
In dem Übertragungsfaktordiagramm nach 16 stellen die durchgezogenen Linien die Annäherung der rückführungslosen (Leerlauf) Übertragungsfunktion: (K_p2 + K_i2/S) (1/J_S) für das Geschwindigkeitssteuer/Regelsystem nach 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 16 ist ω_sc die Ansprechfrequenz des Geschwindigkeitssteuer/Regelsystems nach 15. Eine Frequenz ω_pi wird als PI-Durchbruchfrequenz bezeichnet. Im Allgemeinen ist die PI-Durchbruchfrequenz ω_pi ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ω_sc. Die Ansprechfrequenz w_sc und die PI–Durchbruchsfrequenz ω_pi werden festgesetzt, um die Verstärkungsfaktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/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 Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b bestimmt werden können, wenn das Trägheitsmoment J bekannt ist. Die jeweiligen Übertragungsfaktoren des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 und des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11a können über das gleiche Verfahren bestimmt werden. Wenn die Verstärkungsfaktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b unter Verwendung des Ausdrucks (4) bestimmt werden, kann das Ansprechen des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf die schrittweise Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ durch die Verwendung des Ausdrucks (3) bestimmt werden. 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 Integrationszeitkonstanten J des Simulationskreises 6b für das mechanische System nach dem zweiten Beispiel wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 17 erläutert.
Es wird angenommen, daß der Übertragungsfaktor K₁ des ersten Positionssteuer/Regelkreises 5 geringer ist als der Übertragungsfaktor K₂ des zweiten Positionssteuer/Regelkreises 7. Dann kann das dem ersten Geschwindigkeitssteuer/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 Geschwindigkeitssignals ω₂, das von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 geliefert wird, vernachlässigbar klein ist. Das bedeutet, daß das zweite Geschwindigkeitssignal ω₂ als Geschwindigkeitssteuersignal an den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 und an den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b geliefert wird. Wenn die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische 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 Geschwindigkeitssignals ω₂ und die Änderung des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a in Abhängigkeit von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ nicht zueinander gleich und das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal 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 mechanischen Systems ist, dann eilt die Änderung des aktuellen 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 Geschwindigkeitssignals ω₂ nach, wie in 17(a) gezeigt wird. Wie aus 17(a) ersichtlich ist, ist das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ positiv bei der Beschleunigung und negativ bei der Verzögerung. Wenn dagegen die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System größer als das Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems ist, eilt die Änderung des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ hinter der Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssignals ω_m in Abhängigkeit zu der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ nach.
Somit ist das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ negativ während der Beschleunigung und positiv während der Verzögerung. Daher wird die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System so korrigiert, daß der absolute Wert der Amplitude des dritten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₃ abnimmt.
Die Polarität des dritten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₃ hängt von der Betriebsart des Gleichstrommotors 1a ab. Wie aus 7(b) ersichtlich 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 Drehmomentsignal 12 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 Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System erhöht. Wenn die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System so korrigiert wird, können die Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b entsprechend dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems unter Verwendung des Ausdrucks (4) korrigiert werden. Obwohl das Verfahren zur Korrektur der Integrationszeitkonstanten J des Simulationskreises 6b für das mechanische System für den Fall beschrieben wurde, in dem der Übertragungsfaktor K₁ des ersten Positionssteuer/Regelkreises 5 klein im Vergleich zu dem Übertragungsfaktor 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 Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b mit dem gleichen Verfahren korrigiert werden, da das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal ωω₃ nicht null ist, wenn die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6b für das mechanische System sich von dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems unterscheidet.
Die Betriebsweise des zweiten Beispiels wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 10 bis 14 beschrieben. Die jeweiligen Funktionsweisen der Kreise nach dem zweiten Beispiel mit der Ausnahme des Simulationskreises 6b für das mechanische System, des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b, des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11b und des Korrekturkreises 14 sind die gleichen wie diejenigen der Kreise des ersten Beispiels und daher wird ihre Beschreibung weggelassen.
In dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b nach 13 liefert der Subtrahierer 102 das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃. Das heißt, der Subtrahierer 102 subtrahiert das von dem Rotationsdetektor 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 Geschwindigkeitssignal ω_a, um das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ (= ω_a – ω_m) zu bestimmen.
Dann liefert der Addierer 105 das dritte Drehmomentsignal τ₃ an den Ausgangsanschluß 107. Das heißt, der Addierer addiert das Ausgangssignal des Integrators 103 und das Ausgangssignal des Koeffizientenmultiplizierers 104 zur Bestimmung des dritten Drehmomentsignals 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, erscheint am Ausgangsanschluß 106.
In dem Korrekturkreis 14 nach 14 liefert der Addierer 116 die Integrationszeitkonstante J, d. h. das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6b für das mechanische System. Das bedeutet, daß der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b das zweite Drehmomentsignal τ₂ über den Eingangsanschluß 111 an den Polaritätsunterscheidungskreis 112 liefert und der Polaritätserzeugungskreis 112 erzeugt ein Polaritätssignal S_g. Das Polaritätssignal S_g ist ”1”, wenn das zweite Drehmomentsignal 12 positiv ist und ”–1”, wenn das zweite Drehmomentsignal τ₂ negativ ist. Dann multipliziert der Multiplizierer 113 das von dem dritten Geschwindigkeitssteuersignal 11b über den Eingangsanschluß 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 Korrektur des Trägheitsmomentes J und einen vorgegebenen Wert J₀ des Trägheitsmoments, der von dem konstanten Einstellkreis 115 eingestellt wurde, um das Trägheitsmoment J zu bestimmen, und gibt das Trägheitsmoment J über den Ausgangsanschluß 119 aus. Der eingestellte Wert J₀ des Trägheitsmomentes ist beispielsweise gleich dem Trägheitsmoment des Gleichstrommotors 1a.
Der Korrekturkreis 14 liefert gleichfalls die Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b. Das bedeutet, daß, wenn das Trägheitsmoment J dem Koeffizientenmultiplizierer 117 und 118 zugeführt wird, die Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 unter Verwendung des Ausdrucks (4) berechnet werden und an die jeweiligen Ausgangsanschlüsse 120 und 121 geliefert werden.
In dem Simulationskreis 6b für das mechanische System nach 11 liefert der Integrierer 83 das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a. Der Teiler 82 empfängt das zweite Drehmomentsignal τ₂ über den Eingangsanschluß 80 von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b und das Trägheitsmoment J über den Eingangsanschluß 81 von dem Korrekturkreis 14, das Ausgangssignal des Teilers 82 wird dem Integrierer 83 zugeführt und der Integrierer 83 integriert das zweite Drehmomentsignal 12 und sendet das simulierte Geschwindigkeitssignal 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 Integrationszeitkonstanten gleich dem Trägheitsmoment J erhalten.
Darauffolgend wird das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a dem Integrierer 84 zugeführt, der den simulierten Drehwinkel θ_a bestimmt und diesen über den Ausgangsanschluß 86 abgibt.
In dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b nach 12 liefert der Steuerkreis 96 das zweite Drehmomentsignal 12. Der Subtrahierer 91 subtrahiert das von dem Simulationskreis 6b an den Eingangsanschluß 89 gelieferte simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a von dem von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 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_2p, der von dem Korrekturkreis 14 über den Eingangsanschluß 87 geliefert wird. Der Multiplizierer 93 multipliziert das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ mit dem integralen Übertragungsfaktor K_i2 und liefert das Produkt 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 Begrenzungskreis 96 verhindert ein Überschreiten der Amplitude des absoluten Wertes des zweiten Drehmomentsignals 12 über einen bestimmten Wert.
Drittes Beispiel:
Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
Obwohl das dritte Geschwindigkeitssignal ω₃ durch Addieren des ersten Geschwindigkeitssignals ω₁ und des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ durch den Addierer 8 in dem ersten und zweiten Beispiel bestimmt wird, kann das dritte Geschwindigkeitssignal durch Addieren eines gewichteten zweiten Geschwindigkeitssignals und des ersten Geschwindigkeitssignals ω₁ erhalten werden, wobei das gewichtete zweite Geschwindigkeitssignal durch Wichtung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ durch den Koeffizientenmultiplizierer erhalten werden, der einen Skalierfaktor im Bereich von 0 bis 1 aufweist.
Viertes Beispiel:
Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
In dem zweiten Beispiel nach 2 ändert sich die von dem Rotationsdetektor 4 gelieferte aktuelle Geschwindigkeit ω_m, wenn ein Lastmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht wird, da die Betriebsgeschwindigkeit 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 Geschwindigkeitssteuer/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 Geschwindigkeitssignal ω_a und dem aktuellen Geschwindigkeitssignal ω_m nicht null, wenn das Lastmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht wird und folglich ist es möglich, daß der Korrekturkreis 14 das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6b für das mechanische System, d. h. die Integrationszeitkonstante nicht richtig korrigiert.
In einem solchen Fall kann eine Entscheidung darüber, ob die Korrektur des Trägheitsmoments durch den Korrekturkreis 14 vorgenommen werden soll oder nicht, unter Bezug auf die Amplitude des zweiten Drehmomentsignals 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 Drehmomentsignal τ₂ sich nur ändert, wenn sich das Drehwinkel-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 allgemeinen selten plötzlich während der Beschleunigung und der Verzögerung ändert, kann das Drehmoment gut und richtig korrigiert werden und somit kann der Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises gut und genau durch Steuern des Korrekturkreises 14 mit einem derartigen Verfahren korrigiert werden, selbst wenn ein Lastmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht wird.
Fünftes Beispiel:
Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
Obwohl das erste bis vierte Beispiel nur den Verstärkungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuerkreises 10b entsprechend dem Trägheitsmoment des Simulationskreises 6b für das mechanische System korrigiert, kann auch der Übertragungsfaktor des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 oder des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11b korrigiert werden in gleicher Weise wie der Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b.
Sechstes Beispiel:
Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
Obwohl in den vorhergehenden Beispielen ein Gleichstrommotor 1a gesteuert bzw. geregelt wurde, kann die vorliegende Erfindung zur Steuerung eines anderen elektrischen Motors verwendet werden, wie beispielsweise eines Induktionsmotors oder eines Synchronmotors. Da das Ausgangsmoment eines Wechselstrommotors bei einer ebenso hohen Ansprechgeschwindigkeit gesteuert werden kann, wie die Ansprechgeschwindigkeit beim Steuern eines Gleichstrommotors durch ein bekanntes Vektorsteuerverfahren, ist es leicht, das Ausgangsdrehmoment eines Wechselstrommotors zu steuern bzw. zu regeln, derart, daß das Ausgangsdrehmoment entsprechend dem endgültigen Drehmomentsignal τ_ms variiert.
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem sechsten Beispiel wird nun unter Bezugnahme auf die 18 bis 20 näher erläutert. Wie in 18 gezeigt wird, weist das sechste Beispiel die gleichen Bauteile und den gleichen Aufbau wie das erste Beispiel auf mit der Ausnahme, daß ein Simulationskreis 6c für ein mechanisches System und ein Drehmomentsteuer/Regelkreis 12a verwendet werden, die unterschiedlich zu denen des ersten Beispiels sind. Die Drehmomentsteuer/Regelvorrichtung des sechsten Beispiels zur Steuerung des Drehmoments eines Gleichstrommotors 1a weist einen Drehmomentsteuer/Regelkreis 12a und einen Umformerkreis 13 auf.
Der Simulationskreis 6c für das mechanische System nach 19 umfaßt einen Eingangsanschluß 124, der mit einem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a verbunden ist, einen mit dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a verbundenen Eingangsanschluß 125, einen mit den Eingangsanschlüssen 124, 125 verbundenen Subtrahierer 126, einen mit dem Subtrahierer 126 verbundenen Integrierer 127, einen mit dem Integrierer 127 verbundenen Integrierer 128, einen mit dem Integrierer 127 verbundenen Ausgangsanschluß 129 und einen mit dem Integrierer 128 verbundenen Ausgangsanschluß 130.
Der Drehmomentsteuer/Regelkreis 12a nach der 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 Koeffizientenmultiplizierer 173, einen mit dem Eingangsanschluß 170 und dem Koeffizientenmultiplizierer 173 verbundenen Subtrahierer 174, einen mit dem Subtrahierer 174 verbundenen Integrierer 175, einen mit dem Subtrahierer 174 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 176, einen mit dem Integrierer 175 und dem Koeffizientenmultiplizierer 176 verbundenen Addierer 177, einen mit dem Addierer 177 verbundenen PWM-Kreis 178 und einen mit dem PWM–Kreis 178 verbundenen Ausgangsanschluß 179.
Vor der Beschreibung der Funktionsweise des siebenten Beispiels wird das Prinzip des Verfahrens des Steuerns des Drehwinkels, d. h. der Position des Gleichstrommotors 1a beschrieben. Zuerst wird das Steuer/Regelsystem nach 18 beschrieben, das den Simulationskreis 6c für das mechanische System, den zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7, den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a und den dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a ausnimmt.
Das Steuer/Regelsystem ist ein Steuer/Regelsystem der gemeinsamen Position, das eine Geschwindigkeitsregelschleife als Unterschleife aufweist. Wie allgemein bekannt ist, werden, wenn die Starrheit des Drehmomentübertragungsmechanismus 2 nach 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 Geschwindigkeitsregelschleife, 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 angibt 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 Resonanz erzeugte Schwingungskomponenten enthalten, werden die Schwingungskomponenten durch den ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 und den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 verstärkt, wodurch es schwierig wird, die jeweiligen Ansprechfrequenzen der Positions- und Geschwindigkeitssteuer/Regelschleifen zu erhöhen.
Um dieses Problem zu lösen, wird ein Parallelregelungsverfahren verwendet. Der Simulationskreis 6c für das mechanische System approximiert das mechanische System, das den Gleichstrommotor 1a, den Drehmomentübertragungsmechanismus 2 und eine Lastmaschine 3 umfaßt, durch zwei Integrationselemente entsprechend dem Ausdruck (1).
Der Simulationskreis 6c für das mechanische System umfaßt einen Integrierer 127, der ein simuliertes Drehmomentsignal τ_a integriert, wie später beschrieben wird, und liefert ein simuliertes Geschwindigkeitssignal ω_a und einen Integrierer 128, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a integriert und ein simuliertes Drehwinkelsignal θ_a erzeugt. Der Simulationskreis 6c für das mechanische System ist ein Kreis, der die Geschwindigkeitsübertragungseigenschaften 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 entsprechen, steuern den Simulationskreis 6c für das mechanische System. Der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a liefert ein zweites Drehmomentsignal 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 Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10a werden so bestimmt, daß der zweite Positionssteuer/Regelkreis 7 und der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a eine gewünschte Ansprechfrequenz haben. Wenn das Ausgangsdrehmoment des Gleichstrommotors 1a so gesteuert wird, daß er mit dem Drehmomentsignal übereinstimmt, das durch Addieren eines von dem ersten Geschwindigkeitssteuer/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 erzielt werden, selbst wenn die Ansprechfrequenz des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 verringert wird, um die Erzeugung von Schwingung durch mechanische Resonanzen zu vermeiden, da ein für die Steuerung bzw. Regelung der Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a bei einer gewünschten Ansprechfrequenz 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 mechanischen Systems beeinflußt wird.
In ähnlicher Weise kann die Ansprechfrequenz der Positionssteuerung/-regelung erhöht werden, indem ein durch Addieren eines von dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 gelieferten ersten Geschwindigkeitssignals ω₁ und eines von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 gelieferten zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ mittels eines Addierers 8 erhaltenes drittes Geschwindigkeitssignal ω₃ an den ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 gegeben wird. Somit ist die Funktion des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ die gleiche wie die des Vorkopplungsgeschwindigkeitssignals ω_ms2, das bei der Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik entsprechend 1 verwendet wird.
Somit liefern der zweite Positionssteuer/Regelkreis 7 und der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a das zweite Geschwindigkeitssignal ω₂ und das zweite Drehmomentsignal 12 für die Parallelregelung entsprechend der Änderung des Geschwindigkeitsbefehlssignals ω_ms, so daß das Ansprechen der Positionssteuerung/Regelung verbessert werden kann.
Wenn andererseits ein Lastmoment auf die Lastmaschine 3 wirkt, ändern sich das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a und das simulierte Drehwinkelsignal τ_a, die von dem Simulationskreis 6c für das mechanische System geliefert werden, nicht, selbst wenn das Lastmoment sich ändert. Somit kann das Ansprechen auf die Änderung des Lastdrehmoments durch den Simulationskreis 6c für das mechanische System, den zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 und den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a verbessert werden.
Der zusätzliche dritte Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 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 dritte Drehmomentsignal τ₃ entsprechend.
In 21 ist ein Geschwindigkeitssteuer/Regelsystem dargestellt, das aus dem Simulationskreis 6c für das mechanische System und dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a besteht, wobei das an den Simulationskreis 6c gegebene simulierte Drehmomentsignal 1a die Differenz zwischen dem zweiten Drehmomentsignal τ₂ und dem dritten Drehmomentsignal τ₃ (τ₂ – τ₃) darstellt. Die Beziehung zwischen dem dritten Drehmomentsignal τ₃ und dem zweiten Drehmomentsignal 12 wird durch die folgende Übertragungsfunktion ausgedruckt: 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 Ansprecheigenschaften der Positionssteuerung/Regelung entsprechend der Änderung des Lastdrehmoments durch Regelung des Ausgangsdrehmomentes 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 und des von dem zweiten Steuer/Regelkreis 10a gelieferten zweiten Drehmomentsignals τ₂ erhalten wird.
Der Ausdruck (5), der die Beziehung zwischen dem dritten Drehmomentsignal τ₃ und dem zweiten Drehmomentsignal τ₂ ausdrückende Übertragungsfunktion zeigt, weist die Eigenschaften eines sekundären Tiefpaßfilters 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 Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a verstärkt wird und wenn das dritte Drehmomentsignal τ₃ eine Schwingungskomponente enthält. Somit kann der Verstärkungs- bzw. Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10a erhöht werden und somit kann die Positionssteuerung/Regelung bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit erzielt werden.
Der erste Positionssteuer/Regelkreis 5 und der erste Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 unterdrücken die durch mechanische Resonanzen erzeugten Schwingungen und verringern stationäre Fehler in der Position und Geschwindigkeit, wenn das Lastdrehmoment stationär auf null ist. Der dritte Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a unterdrückt die Änderung des Ansprechens, wenn die Integrationszeitkonstante, d. h. das Trägheitsmoment J des Simulationskreises 6c für das mechanische System sich von einem aktuellen Wert unterscheidet. Die Betriebsweise des sechsten Beispiels wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 18 bis 20 beschrieben, wobei die Beschreibung der Funktionen, die die gleichen sind wie in dem ersten Beispiel, ausgelassen wird.
In dem Simulationskreis 6c für das mechanische System nach 19 liefert der Integrierer 127 das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a und der Integrierer 128 erzeugt das simulierte Drehwinkelsignal θ_a. Der Subtrahierer 126 subtrahiert das von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a an den Eingangsanschluß 125 gelieferte dritte Drehmomentsignal τ₃ von dem von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10a an den Eingangsanschluß 124 gelieferten zweiten Drehmomentsignal τ₂, um das simulierte Drehmomentsignal τ_a zu bestimmen. Bei dem Empfang des simulierten Drehmomentsignals τ_a berechnet der Integrierer 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 simulierten 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 7 das zweite Drehmomentsignal τ₂. Das bedeutet, daß der Subtrahierer 53 das von dem Simulationskreis 6c 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 gelieferten zweiten Geschwindigkeitssignal ω₂ subtrahiert, um das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ (= ω₂ – ω_a) zu erhalten und führt dieses dem Integrierer 54 und dem Koeffizientenmultiplizierer 55 zu. Der Addierer 56 addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers 54 und des Koeffizientenmultiplizierers 55, um das zweite Drehmomentsignal τ₂ zu erhalten, und gibt es über den Begrenzungskreis 57 an den Ausgangsanschluß 58. Der Begrenzungskreis 57 verhindert ein Überschreiten des absoluten Wertes des zweiten Drehmomentsignals τ₂ über einen bestimmten maximalen Wert.
In dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11a nach 8 liefert der Addierer 65 das dritte Drehmomentsignal τ₃. Das bedeutet, daß der Subtrahierer 62 das von dem Rotationsdetektor 4 an den Eingangsanschluß 61 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssignal ω_a von dem von dem Simulationskreis 6c für das mechanische System an den Eingangsanschluß 60 gelieferten simulierten Geschwindigkeitssignal ω_m subtrahiert, um das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ (= ω_a – ω_m) zu erhalten und führt dieses dem Integrierer 63 und dem Koeffizientenmultiplizierer 64 zu. Der Addierer 65 addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers 63 und des Koeffizientenmultiplizierers 64, um das dritte Drehmomentsignal τ₃ zu erhalten, das über den Ausgangsanschluß 65 abgesandt wird.
Daraufhin liefert der Addierer 171 in dem Drehmomentsteuer/Regelkreis 12a nach 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 Eingangsanschluß 170b gelieferten zweiten Drehmomentsignal τ₂, um das endgültige Drehmomentsignal τ_ms (= τ₁ + τ₂) zu erhalten und führt es dem Begrenzungskreis 172 zu. Der Begrenzungskreis 172 verhindert, daß die Amplitude des Endgültigen Drehmomentsignals τ_ms einen bestimmten Wert überschreitet.
Dann sieht der Koeffizientenmultiplizierer 173 ein Ankerstrom-Befehlssignal I_as vor. Wie allgemein bekannt ist, kann die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a und dem Ankerstrom I_a durch den Ausdruck (2) dargestellt werden, in dem KT eine Drehmomentkonstante ist. Wenn daher das endgültige Drehmomentsignal τ_ms an den Multiplizierer 173 mit einem Skalierfaktor von 1/K_T geliefert wird, wird das Ankerstrom-Befehlssignal I_as bestimmt.
Der Subtrahierer 174 erzeugt das Stromabweichungssignal ΔI (= I_as – I_a). Das heißt, der Subtrahierer 174 subtrahiert das von dem Stromdetektor an den Eingangsanschluß 170c gelieferte aktuelle Ankerstromsignal I_a von dem Ankerstrom-Befehlssignal I_as, um das Stromabweichungssignal ΔI zu erhalten und liefert es an den Integrierer 175 und den Koeffizientenmultiplizierer 176.
Der Addierer 177 erzeugt das Anschlußspannungs-Befehlssignal V_as. Das heißt, der Addierer 177 addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers 175 und des Koeffizientenmultiplizierers 176, um das Anschlußspannungs-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 beispielsweise einen Quadrantenzerhackerkreis aufweist, auf der Grundlage des Anschlußspannungs-Befehlssignals V_as. Der PWM-Kreis 178 weist einen bekannten Aufbau auf und daher wird seine Beschreibung ausgelassen.
Der Umformungskreis 13 und der PWM-Kreis 178 arbeiten in der Weise, daß die Anschlußspannung V_a des Gleichstrommotors 1a mit einer bestimmten Spannung, die durch das Anschlußspannungs-Steuersignal V_as repräsentiert wird, übereinstimmt. Somit steuern der Drehmomentsteuer/Regelkreis 12a nach 20 und der Umformungskreis 13 das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a so, daß es mit dem endgültigen Drehmoment, das durch das endgültige Drehmomentsignal τ_ms dargestellt wird, übereinstimmt.
Siebentes Beispiel:
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem siebenten Beispiel wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 22 und 23 beschrieben. Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen. Wie in der 22 dargestellt ist, umfaßt das siebente Beispiel die gleichen Kreise und Bauelemente wie die vorhergehenden Beispiele mit der Ausnahme, daß ein Simulationskreis 6d für das mechanische System verwendet wird, das unterschiedlich zu demjenigen der vorhergehenden Beispiele ist.
Der Simulationskreis 6d für das mechanische System nach 23 umfaßt einen Eingangsanschluß 180a, der mit dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b verbunden ist, einen mit dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b verbundenen Eingangsanschluß 10b, einen mit dem Korrekturkreis 14 verbundenen Eingangsanschluß 180c, einen mit den Eingangsanschlüssen 180a und 180b verbundenen Subtrahierer 181, einen mit dem Subtrahierer 181 und dem Eingangsanschluß 180c verbundenen Teiler 182, einen mit dem Teller 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 12 umfaßt der zweite Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b Eingangsanschlüsse 87 und 90, die mit dem Korrekturkreis 14 verbunden sind, einen mit dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 verbundenen Eingangsanschluß 88, einen mit dem Simulationskreis 6d 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 Multiplizierer 93 verbundenen Integrierer 94, einen mit dem Multiplizierer 92 und dem Integrierer 94 verbundenen Addierer, einen mit dem Addierer 95 verbundenen Begrenzungskreis 96 und einen mit dem Begrenzungskreis 96 verbundenen Ausgangsanschluß 97.
Bezugnehmend auf die 13 umfaßt der dritte Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b einen mit dem Simulationskreis 6d für das mechanische System verbundenen Eingangsanschluß 100, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 101, einen mit den Eingangsanschlüssen 100 und 101 verbundenen Subtrahierer 102, einen mit dem Subtrahierer 102 verbundenen Integrierer 103, einen mit dem Subtrahierer 102 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 104, einen mit dem Integrierer 103 und dem Koeffizientenmultiplizierer 104 verbundenen Addierer 105, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 104 verbundenen Ausgangsanschluß 106 und einen mit dem Addierer 105 verbundenen Ausgangsanschluß 107.
Ein Verfahren zum Setzen eines proportionalen Übertragungs- bzw. Verstärkungsfaktors K_p2 und eines integralen Übertragungsfaktors K_i2 für den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b wird unter Bezugnahme auf die 16 und 21 beschrieben. 21 ist ein Blockschaltbild eines Geschwindigkeitssteuer/Regelsystems bestehend aus dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b und dem Simulationskreis 6d für das mechanische System. In 21 ist J die Integrationszeitkonstante, d. h. das Trägheitsmoment des Simulationskreises 6d für das mechanische System. In 21 ist eine Übertragungsfunktion, die die Beziehung zwischen dem zweiten Geschwindigkeitssignal ω₂ und dem simulierten Geschwindigkeitssignal ω_a darstellt, durch den Ausdruck (3) bestimmt.
In dem Verstärkungs- oder Übertragungsfaktordiagramm nach 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 21 dar. Gleichfalls in 16 gezeigt sind eine Übertragungsfunktion: (K_p2 + K_i2/S) für den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b und eine Übertragungsfunktion (1/J_S) für den Simulationskreis 6d für das mechanische System. Eine Frequenz ω_pi wird als PI-Durchbruchsfrequenz bezeichnet. Im Allgemeinen ist die PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ω_sc. Die Ansprechfrequenz 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 Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b bestimmt werden können, wenn das Trägheitsmoment J bekannt ist. Die jeweiligen Übertragungsfaktoren des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 und des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11b können durch das gleiche Verfahren bestimmt werden. Wenn die Übertragungsfaktoren 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 der PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi wird praktisch so bestimmt, daß das Überschwingen der Antwort des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf einen gewünschten Wert eingestellt wird. Üblicherweise ist die PI-Durchbruchsfrequenz ω_pi, wie oben erwähnt, ein Bruchteil der Ansprechfrequenz ω_sc.
Ein Verfahren zur Korrektur der Integrationszeitkonstanten J des Simulationskreises 6d für das mechanische System wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 17 erklärt. Es wird angenommen, daß der Übertragungsfaktor K₁ des ersten Positionssteuer/Regelkreises 5 kleiner ist als der Übertragungsfaktor K₂ des zweiten Positionssteuer/Regelkreises 7. Dann kann das dritte Geschwindigkeitssignal ω₃, das dem ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 9 zugeführt wird, angesehen werden, als ob es mit dem zweiten Geschwindigkeitssignal ω₂ übereinstimmt, da die Amplitude des von dem ersten Positionssteuer/Regelkreis 5 gelieferten ersten Geschwindigkeitssignals ω₁ vernachlässigbar klein im Vergleich zu der der des von dem zweiten Positionssteuer/Regelkreis 7 gelieferten zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ ist. Das heißt, das zweite Geschwindigkeitssignal ω₂ wird als Geschwindigkeitsbefehlssignal an den ersten Geschwindigkeitssteuer/-Regelkreis 9 und den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b geliefert. Es wird angenommen, daß der Verstärkungsfaktor des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11b klein im Vergleich zu dem Verstärkungsfaktor bzw. Übertragungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b ist.
Wenn dann die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 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 Geschwindigkeitssignals ω_a in Abhängigkeit von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ nicht zueinander gleich und das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ (ω_a – ω_m) ist nicht null. Wenn beispielsweise die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6d für das mechanische System kleiner ist als das Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems, dann eilt die Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssignals 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 17(a) gezeigt wird. Wie es aus der 17(a) offensichtlich ist, ist das dritte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₃ positiv während der Beschleunigung und negativ während der Verzögerung. Wenn dagegen die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6d für das mechanische System größer als das Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems ist, dann eilt die Änderung des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ hinter der Änderung des aktuellen Geschwindigkeitssignals ω_m abhängig von der Änderung des zweiten Geschwindigkeitssignals 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 Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₃ hängt von der Betriebsart des Gleichstrommotors 1a ab. Wie aus 17(b) zu erkennen ist, ist es möglich, festzustellen, ob der Gleichstrommotor 1a beschleunigt oder verzögert wird durch Untersuchung der Polarität des zweiten Drehmomentsignals τ₂. Das heißt, das zweite Drehmomentsignal 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 Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6d des mechanischen Systems erhöht. Wenn die Integrationszeitkonstante J des Simulationskreises 6d des mechanischen Systems so korrigiert wird, können die Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b entsprechend dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems unter Verwendung des Ausdrucks (4) verbessert werden. Obwohl das Verfahren zur Korrektur der Integrationszeitkonstanten J des Simulationskreises 6d für das mechanische System für einen Fall beschrieben wurde, in dem der Übertragungsfaktor K₁ des ersten Positionssteuer/Regelkreises 5 klein im Vergleich mit dem Übertragungsfaktor K₂ des zweiten Positionssteuer/Regelkreises 7 ist, können die Integrationszeitkonstante 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 Beispiels wird im Folgenden beschrieben. Die jeweiligen Funktionsweisen der Komponenten und Kreise des siebenten Beispiels entsprechen denen des sechsten Beispiels 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 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 Polaritätssignal S_g. Es wird angenommen, daß das Polaritätssignal S_g ”1” ist, wenn die Polarität des zweiten Drehmomentsignals τ₂ positiv ist und ”–1” ist, wenn das zweite Drehmomentsignal τ₂ negativ ist. Dann multipliziert 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 zugeführt. Der Addierer 116 addiert die Korrektur ΔJ für die Korrektur des Trägheitsmoments, die von dem Integrierer 114 erzeugt wird, und einen gesetzten Wert J₀ des Trägheitsmoments, der von einem konstanten Einstellkreis 115 vorgegeben wird, um das Trägheitsmoment J zu bestimmen und liefert dieses an den Ausgangsanschluß 119. Der gesetzte Wert J₀ des Trägheitsmoments ist beispielsweise gleich dem Trägheitsmoment des Gleichstrommotors 1a.
Die Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b werden geliefert. Das heißt, wenn das Trägheitsmoment J an die Koeffizientenmultiplizierer 117, 118 gegeben wird, werden die Übertragungsfaktoren K_p2 und K_i2 unter Verwendung des Ausdrucks (4) berechnet und jeweils über die Ausgangsanschlüsse 120 und 121 ausgesandt. Darauf erzeugt der in dem Simulationskreis 6d für das mechanische System nach 23 enthaltene Integrierer 183 das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a. Das heißt, der Subtrahierer 181 subtrahiert das von dem dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 11b über den Eingangsanschluß 180b gelieferte Drehmomentsignal τ₃ von dem von dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b an den Eingangsanschluß 180a gelieferten zweiten Drehmomentsignal τ₂, um das simulierte Drehmomentsignal 1a zu bestimmen. Dann werden das simulierte Drehmomentsignal 1a und das von dem Korrekturkreis 14 an den Eingangsanschluß 180c gelieferte Trägheitsmoment J an den Teller 182 gegeben und das Ausgangssignal des Tellers 182 wird dem Integrierer 183 zugeführt. Der Integrierer 183 integriert das simulierte Drehmomentsignal τ_a und es wird das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a über den Ausgangsanschluß 185 ausgesandt. Somit kann das simulierte Geschwindigkeitssignal 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 Drehmomentsignal θ_a unter Verwendung des Ausdrucks (1) und liefert dieses an den Ausgangsanschluß 186.
In dem zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 12b nach 12 liefert der Begrenzungskreis 96 das zweite Drehmomentsignal τ₂. Das heißt, der Subtrahierer 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 Geschwindigkeitssignal ω₂, um das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ (= ω₂ – ω_a) zu bestimmen, und dann multipliziert der Multiplizierer das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal 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 Integrierer 94 gegeben. Der Addierer 95 addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Multiplizierers 92 und des Integrierers 94, um das zweite Drehmomentsignal τ₂ zu erhalten und sendet dieses über den Begrenzungskreis 96 an den Ausgangsanschöuß 97. Der Begrenzungskreis verhindert, daß der absolute Wert der Amplitude des zweiten Drehmomentsignals τ₂ einen bestimmten Wert überschreitet.
Achtes Beispiel:
Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
Obwohl das sechste und siebente Beispiel 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 Geschwindigkeitssignals erhalten werden, wobei das gesichtete Geschwindigkeitssignal durch Wichtung des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ durch einen Koeffizientenmultiplizierer mit einem Skalierfaktor im Bereich von 0 bis 1 erzielt wird.
Neuntes Beispiel:
Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
In dem siebenten Beispiel nach 22 ändert sich die Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a, wenn ein Lastmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht wird und folglich ändert sich die vom Rotationsdetektor 4 gelieferte aktuelle Geschwindigkeit ω_m. Da allerdings das aktuelle Geschwindigkeitssignal ω_m nicht an den zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 10b gegeben wird, ändert sich nicht das simulierte Geschwindigkeitssignal 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 Korrekturkreis 14 nicht in der Lage ist, das Trägheitsmoment, d. h. die Integrationszeitkonstante des Simulationskreises 6d für das mechanische System richtig zu korrigieren.
In einem solchen Fall kann eine Entscheidung, ob die Korrektur des Trägheitsmomentes durch den Korrekturkreis 14 nötig ist oder nicht, unter Bezugnahme auf die Amplitude des zweiten Drehmomentsignals τ₂ durchgeführt werden. Das heißt, da die Amplitude des zweiten Drehmomentsignals τ₂ sich nur ändert, wenn sich das Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms ändert, kann das Trägheitsmoment nur korrigiert werden, wenn der absolute Wert des zweiten Drehmomentsignals τ₂ einen bestimmten Wert überschreitet oder das Trägheitsmoment kann nur korrigiert werden, wenn der absolute Wert des zweiten Geschwindigkeitssignals ω₂ einen bestimmten Wert überschreitet.
Wenn die Funktion des Korrekturkreises 14 so gesteuert 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 Positionssteuer/Regeleinrichtung ändert, kann das Trägheitsmoment richtig und gut korrigiert werden, selbst wenn das Lastdrehmoment auf die Lastmaschine 3 aufgebracht 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 Beispiel:
Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
Obwohl die vorhergehenden Beispiele sieben bis neun für einen Fall beschrieben wurden, in dem nur der Übertragungsfaktor bzw. die Verstärkung des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b entsprechend dem Trägheitsmoment des Simulationskreises 6d für das mechanische System korrigiert wurde, kann der Übertragungsfaktor des ersten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 9 oder des dritten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 11b zusätzlich zu dem Verstärkungsfaktor des zweiten Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 10b korrigiert werden.
Elftes Beispiel:
Dieses Beispiel ist kein Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung oder Verständnis einzelner Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen.
Obwohl die vorhergehenden Beispiele 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 Ausgangsdrehmoment eines solchen Wechselstrommotors mit einer entsprechend hohen Ansprechgeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden kann, wie die Ansprechgeschwindigkeit, bei dem das Ausgangssignal des Gleichstrommotors 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 Drehmomentsignal τ_ms übereinstimmt.
Zwölftes Beispiel:
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem zwöften Beispiel, einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 24 bis 28 beschrieben. Wie in 24 gezeigt wird, sind die Kreise und Bauelemente des zwölften Beispiels die gleichen wie diejenigen der vorhergehenden Beispiele mit der Ausnahme eines Berechnungskreises 194 für das Vorkopplungssignal (feed-forward signal), eines Positionssteuer/Regelkreises 196, eines Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 197 und eines Drehmomentsteuer/Regelkreises 198.
In 25 umfasst der Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal einen mit dem Kreis 15 zur Erzeugung des Drehwinkel-Befehlssignals verbundenen Eingangsanschluß 220, einen mit dem Eingangsanschluß 220 verbundenen Subtrahierer 221, einen mit dem Subtrahierer verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 222, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 222 verbundenen Subtrahierer 223, einen mit dem Subtrahierer 223 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 224, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 224 verbundenen Begrenzungskreis, einen mit dem Begrenzungskreis 225 verbundenen Integrierer 226, einen mit dem Integrierer 226 verbundenen Integrierer 227, einen mit dem Begrenzungskreis 225 verbundenen Ausgangsanschluß 228, einen mit dem Integrierer 226 verbundenen Ausgangsanschluß 229 und einen mit dem Integrierer 227 verbundenen Ausgangsanschluß 230.
In 26 umfasst der Positionssteuer/Regelkreis 196 einen mit dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal verbundenen Eingangsanschluß 231, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 232, einen mit den Eingangsanschlüssen 231 und 232 verbundenen Subtrahierer 233, einen mit dem Subtrahierer 233 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 234 und einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 234 verbundenen Ausgangsanschluß 235.
Der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 nach 27 umfasst einen mit dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal verbundenen Eingangsanschluß 236, einen mit dem Positionssteuer/Regelkreis 196 verbundenen Eingangsanschluß 237, einen mit den Eingangsanschlüssen 236 und 237 verbundenen Addierer 238, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 239, einen mit dem Addierer 238 und dem Eingangsanschluß 239 verbundenen Subtrahierer 240, einen mit dem Subtrahierer 240 verbundenen Integrierer 241, einen mit dem Subtrahierer 240 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 242, einen mit dem Integrator 241 und dem Koeffizientenmultiplizierer 242 verbundenen Addierer 243 und einen mit dem Addierer 243 verbundenen Ausgangsanschluß 244.
Der Drehmomentsteuer/Regelkreis 198 nach 28 umfaßt einen mit dem Berechnungskreis 198 für das Vorkopplungssignal verbundenen Eingangsanschluß 246, einen mit dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 verbundenen Eingangsanschluß 247, einen mit einem nicht dargestellten Stromdetektor verbundenen Eingangsanschluß 248, einen mit den Eingangsanschlüssen 246 und 247 verbundenen Addierer 249, einen mit dem Addierer 249 verbundenen Begrenzungskreis 250, einen mit dem Begrenzungskreis verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 251, einen mit dem Eingangsanschluß 248 und dem Koeffizientenmultiplizierer 251 verbundenen Subtrahierer 252, einen mit dem Subtrahierer 252 verbundenen Integrierer 253, einen mit dem Subtrahierer 252 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 254, einen mit dem Integrierer und dem Koeffizientenmultiplizierer 254 verbundenen Addierer 255, einen mit dem Addierer 255 verbundenen PWM-Kreis 256 und einen mit dem PWM-Kreis 256 verbundenen Ausgangsanschluß 257.
Vor der Beschreibung der Funktionsweise des zwölften Beispiels soll das Prinzip der Regelung des Drehwinkels, d. h. der Position des Gleichstrommotors 1a in Zusammenhang mit einem Steuersystem nach 24 beschrieben werden, wobei der Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal, das das Drehwinkel–Befehlssignal θ_ms von dem Erzeugungskreis 15 des Drehwinkel-Befehlssignals empfängt, wobei in der Annahme das Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms an den Positionssteuer/Regelkreis 196 geliefert wird und nicht das von dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal erzeugte simulierte Drehwinkelsignal θ_a. In diesem Regelsystem wird angenommen, daß der Positionssteuer/Regelkreis 196 das erste Geschwindigkeitssignal ω₁ durch Verstärken der Differenz zwischen dem Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms und dem aktuellen Drehwinkelsignal θ_m erzeugt, der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 das erste Drehmomentsignal τ₁ durch Verstärken der Differenz zwischen dem ersten Geschwindigkeitssignal ω₁ und dem aktuellen Geschwindigkeitssignal ω_m erzeugt und der Drehmomentsteuer/Regelkreis 198 und der Umformerkreis 13 den Gleichstrommotor 1a so regeln, daß das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a mit dem ersten Drehmomentsignal τ₁ übereinstimmt.
Wie oben erwähnt, ist das Regelsystem ein gemeinsames Positionssteuer/Regelsystem mit einer Geschwindigkeitsregelschleife als Unterschleife. Wie allgemein bekannt ist, werden, wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 2 (13) eine relativ niedrige Steifheit aufweist, starke Schwingungen durch mechanische Resonanzen erzeugt, wenn die Verstärkung des Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 197 erhöht wird, um die Ansprechgeschwindigkeit des Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 197 zu erhöhen. In einem solchen Fall ist es schwierig, die Ansprechfrequenz der Geschwindigkeitsregelschleife, d. h. der Unterschleife, zu erhöhen und somit ist es schwierig, die Ansprechfrequenz der Positionsregelschleife zu erhöhen.
Das aktuelle Drehwinkelsignal θ_m, das den aktuellen Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a darstellt und das aktuelle Geschwindigkeitssignal ω_m, das die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a darstellt und von dem Rotationsdetektor 4 geliefert werden, werden jeweils dem Positionssteuer/Regelkreis 196 und dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 zugeführt. Wenn diese Signale Schwingungskomponenten entsprechend den durch die mechanischen Resonanzen erzeugten Schwingungen aufweisen, werden die Schwingungskomponenten durch den Positionssteuer/Regelkreis 196 und den Geschwindigkeits-/Regelkreis 197 jeweils verstärkt. Daher kann die Ansprechfrequenz der Positionsregelschleife und der Geschwindigkeitsregelschleife nicht erhöht werden.
Um ein derartiges Problem zu lösen, wird bei der vorliegenden Erfindung der Gleichstrommotor 1a in einem Vorkopplungsregelmodus (Parallelregelung) geregelt. Ein Simulationskreis 194a für das mechanische System approximiert ein mechanisches System, bestehend aus dem Gleichstrommotor 1a, dem Drehmomentübertragungsmechanismus 2 und der Lastmaschine 3 durch zwei Integrationselemente, dargestellt durch: ω_a = τ_a/J_S, θ_a = ω_a/S (6)
Der Simulationskreis 194a für das mechanische System umfaßt einen ersten Integrierer 226, der ein simuliertes Drehmomentsignal τ_a integriert, wie später beschrieben wird, und ein simuliertes Geschwindigkeitssignal ω_a erzeugt, und einen zweiten Integrierer 227, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a integriert und das simulierte Drehwinkelsignal θ_a erzeugt. Obwohl das aktuelle mechanische System Schwingungscharakteristiken höherer Ordnung und nicht lineare Übertragungscharakteristiken aufweist, die dem Flankenspiel und dergleichen des Zahnradwerks zuzuschreiben sind, approximiert der Simulationskreis 194a für das mechanische System die Drehmoment-Geschwindigkeitsübertragungscharakteristik und die Geschwindigkeits-Drehwinkelübertragungscharakteristik des mechanischen Systems auf ideale integrierende Elemente, ohne Rücksicht auf die Schwingungseigenschaften und die nicht linearen Eigenschaften.
Wie in 29 gezeigt wird, wird der Simulationskreis 194a für das mechanische System durch einen Steuer/Regelkreis 194c für die simulierte Position und ein Steuer/Regelkreis 194b für eine simulierte Geschwindigkeit gesteuert. Der Steuer/Regelkreis 194b für die simulierte Geschwindigkeit liefert ein simuliertes Drehmomentsignal τ_a an den Simulationskreis 194a für das mechanische System. Die jeweiligen Übertragungsfaktoren der Steuer/Regelkreise 194c und 194b für die simulierte Position und die simulierte Geschwindigkeit werden so eingestellt, daß ihre Ansprechfrequenzen durch das folgende Verfahren jeweils bestimmten Werten entsprechen.
Bezugnehmend auf 29 ist die Beziehung zwischen dem simulierten Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_as, das von dem Steuer/Regelkreis 194c für die simulierte Position geliefert wird und dem simulierten Geschwindigkeitssignal ω_a durch die folgende Übertragungsfunktion G_S(S) ausgedrückt: G_S(S) = ω_a/ω_as = 1/(1 + T_scS) (T_SC = J/K_sa) (7)
Es wird angenommen, daß die Ansprechgeschwindigkeit des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf das simulierte Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_as ω_sc ist. Dann ist die Zeitkonstante T_sc in dem Ausdruck (7) reziprok zu der Ansprechfrequenz ω_sc, die Verstärkung K_sa des Steuer/Regelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit kann unter Verwendung des folgenden Ausdrucks bestimmt werden, wenn die Ansprechfrequenz ω_sc gegeben ist: K_sa = Jω_sc(ω_sc = 1/T_sc) (8)
Es wird angenommen, daß die Ansprechfrequenz ω_sc, der Regelschleife für die simulierte Geschwindigkeit ein Vielfaches der Ansprechgeschwindigkeit ω_pc der Regelschleife für die simulierte Position ist. Dann kann beim Einstellen des Verstärkungsfaktors K_pa des Steuer/Regelkreises 194c der simulierten Position die Zeitkonstante T_sc des Ausdrucks (7) als null angesehen werden. Somit kann die Übertragungsfunktion G_p(S) des simulierten Drehwinkelsignals θ_a zu dem Drehwinkel–Befehlssignal θ_ms durch die folgende Übertragungsfunktion der Verzögerung erster Ordnung approximiert werden: G_p(S) = θ_a/θ_as = 1/(1 + T_pcS) (T_pc = 1/K_ps) (9)
Aus der Gleichung (9) kann der Übertragungsfaktor K_pa des Steuer/Regelkreises 194c der simulierten Position ähnlich zu dem Übertragungsfaktor K_sa des Steuer/Regelkreises 194b der simulierten Geschwindigkeit unter Verwendung des folgenden Ausdrucks bestimmt werden: K_pa = ω_pc (ω_pc = 1/T_sc) (10).
Der Simulationskreis 194a fÜr das mechanische System wird von den Steuer/Regelkreisen 194c und 194b für die simulierte Position und die simulierte Geschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt und das aktuelle Geschwindigkeitssignal ω_m und das aktuelle Drehwinkelsignal θ_m, die jeweils die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit und den aktuellen Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a darstellen, werden nicht verwendet. Daher kann der Verstärkungsfaktor durch die Verwendung der Gleichungen (8) und (10) bestimmt werden, so daß der Simulationskreis 194a für das mechanische System auf die Änderung des Drehwinkel-Befehlssignals θ_ms in gewünschten Übergangsfunktionseigenschaften anspricht. Wenn der Gleichstrommotor 1a so geregelt wird, daß das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a mit einem Drehmoment entsprechend dem simulierten Drehmomentsignal τ_a übereinstimmt, das von dem Steuer/Regelkreis 194b für die simulierte Geschwindigkeit geliefert wird, dann können die Betriebsgeschwindigkeit und der Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a bei den gleichen Ansprecheigenschaften geregelt werden wie bei denen der Regelschleife für die simulierte Geschwindigkeit und der Regelschleife für die simulierte Position.
Wenn allerdings die Integrationszeitkonstante des ersten Integrierers 226 des Simulationskreises 194a für das mechanische System, d. h. das Trägheitsmoment J, unterschiedlich zu dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems, bestehend aus Gleichstrommotor 1a, Drehmomentübertragungsmechanismus 2 und Lastmaschine 3, ist oder wenn ein Lastdrehmoment τ_L auf das aktuelle mechanische System aufgebracht wird, dann stimmt das Ansprechen des Simulationskreises 194a des mechanischen Systems nicht mit dem Ansprechen des aktuellen mechanischen Systems überein. Daher können die Betriebsgeschwindigkeit und der Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a nicht mit den gleichen Ansprecheigenschaften wie die Regelschleife für die simulierte Geschwindigkeit und die Regelschleife für die simulierte Position geregelt werden, nur durch Regeln des Gleichstrommotors 1a in der Weise, daß das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a mit dem durch das simulierte Drehmomentsignal τ_a dargestellte Drehmoment übereinstimmt. Wenn darüber hinaus der Drehmomentübertragungsmechanismus 2 eine relativ niedrige Starrheit aufweist, ist es möglich, daß Schwingungen durch mechanische Resonanz erzeugt werden, wenn die Übertragungsfaktoren des Steuer/Regelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit und des Steuer/Regelkreises 194c für die simulierte Position exzessiv gesteigert werden.
Um diese Probleme zu lösen, verstärkt der Positionssteuer/Regelkreis 196 ein Drehwinkelabweichungssignal, d. h. die Differenz zwischen dem simulierten Drehwinkelsignal θ_a und dem aktuellen Drehwinkelsignal θ_m, und erzeugt das erste Geschwindigkeitssignal ω₁, wie in 24 gezeigt wird. Der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 verstärkt das Geschwindigkeitsabweichungssignal, d. h. die Differenz zwischen dem aktuellen Geschwindigkeitssignal ω_m und dem zweiten Geschwindigkeitssignal ω₂, das durch Addieren des ersten Geschwindigkeitssignals ω₁ und des simulierten Geschwindigkeitssignals ω₂ erhalten wurde, um das erste Drehmomentsignal τ₁ zu erzeugen. Der Drehmomentsteuer/Regelkreis 198 und der Umformungskreis 13 regeln den Gleichstrommotor 1a in der Weise, daß das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a mit dem Drehmoment übereinstimmt, das durch das durch Addieren des ersten Drehmomentsignals τ₁ und des simulierten Drehmomentsignals τ_a erhaltene endgültige Drehmomentbefehlssignal τ_ms repräsentiert wird. Folglich wird die Wirkung der Differenz in den Ansprecheigenschaften zwischen dem Simulationskreis 194a für das mechanische System und dem aktuellen mechanischen System verringert und die Betriebsgeschwindigkeit und der Drehwinkel des Gleichstrommotors 1a können mit den gleichen Ansprecheigenschaften gesteuert werden wie die Regelschleife für die simulierte Geschwindigkeit und die Regelschleife für die simulierte Position.
Die Funktionsweise des zwölften Beispiels wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 24 bis 28 beschrieben.
Entsprechend 25 erzeugt der Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal das simulierte Drehwinkelsignal θ_a, das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a und das simulierte Drehmomentsignal τ_a. Das heißt, der Subtrahierer 221 subtrahiert das von dem Integrierer zugeführte simulierte Drehwinkelsignal θ_a, dessen Betriebsweise später beschrieben wird, von dem vom Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal an den Eingangsanschluß 220 gegebenen Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms, um das simulierte Drehwinkel-Abweichungssignal Δθ_a (= θ_ms – θ_a) zu bestimmen und liefert dieses an den Koeffizientenmultiplizierer 222. Dann bestimmt der Koeffizientenmultiplizierer 222 das simulierte Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_as. Der Koeffizientenmultiplizierer 222 ist eines der Bauteile des Steuer/Regelkreises 194c für die simulierte Position. Der Koeffizient K_pa des Koeffizientenmultiplizierers 222 ist unter Verwendung des Ausdrucks (10) festgelegt.
Dann subtrahiert der Subtrahierer das von dem Integrierer 226, dessen Funktion später beschrieben wird, erzeugte simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a von dem von dem Koeffizientenmultiplizierer 222 gelieferte simulierte Drehwinkel–Befehlssignal ω_as, um das simulierte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω_a (= ω_as – ω_a) zu bestimmen und gibt dieses an den Koeffizientenmultiplizierer 224. Dann erzeugt der Koeffizientenmultiplizierer 224 das simulierte Drehmomentsignal τ_a. Der Koeffizientenmultiplizierer 224 ist ein Bauteil des Steuer/Regelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit und sein Koeffizient K_sa wird unter der Verwendung des Ausdrucks (8) festgelegt. Das simulierte Drehmomentsignal τ_a wird an den Begrenzungskreis 225 gegeben, der verhindert, der absolute Wert der Amplitude des simulierten Drehmomentsignals τ_a einen spezifischen maximalen Wert überschreitet. Das simulierte Drehmomentsignal τ_a, das an den Begrenzungskreis 225 gegeben wurde, wird über den Ausgangsanschluß 228 ausgesandt und zur gleichen Zeit dem Integrierer 226 zugeführt. Der Integrierer 226 führt eine Berechnung unter Verwendung des Ausdrucks (6) aus und erzeugt das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a. Das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a wird an den Ausgangsanschluß 229 gegeben und zur gleichen Zeit dem Integrierer 227 zugeführt. Der Integrierer 227 führt eine Berechnung unter Verwendung des Ausdrucks (6) aus, und sendet über den Ausgangsanschluß 230 das simulierte Drehwinkelsignal θ_a aus.
Die Integrierer 226 und 227 sind Bauteile des Simulationskreises 194a für das mechanische System und entsprechen dem ersten und zweiten Integrierer der 29. Die Integrationszeitkonstante J des Integrierers 226 ist gleich dem Trägheitsmoment des mechanischen Systems.
Der Koeffizientenmultiplizierer 234 des Positionssteuer/Regelkreises 196 nach 26 erzeugt das erste Geschwindigkeitssignal ω₁. Das heißt, der Subtrahierer 233 subtrahiert das von dem Rotationsdetektor 4 über den Eingangsanschluß 232 gelieferte aktuelle Drehwinkelsignal θ_m von dem von dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal über den Eingangsanschluß 231 gelieferten simulierten Drehwinkelsignals θ_a, um das Drehwinkelabweichungssignal Δθ (= θ_a – θ_m) zu bestimmen und liefert dieses an den Koeffizientenmultiplizierer 234. Der Koeffizientenmultiplizierer bestimmt das erste Geschwindigkeitssignal ω₁ und sendet dasselbe über den Ausgangsanschluß 235 aus.
Daraufhin erzeugt der Addierer 243 in dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 nach 27 das erste Drehmomentsignal τ₁. Das bedeutet, daß der Addierer das von dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal über den Eingangsanschluß 236 gelieferte simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a und das von dem Positionssteuer/Regelkreis 196 über den Eingangsanschluß 237 gelieferte erste Geschwindigkeitssignal ω₁ addiert, um das zweite Geschwindigkeitssignal ω (= ω_a + ω₁) zu erzeugen. Der Subtrahierer 240 subtrahiert das von dem Rotationsdetektor 4 über den Eingangsanschluß 239 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssignal ω_m von dem zweiten Geschwindigkeitssignal ω₂, um das Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω (= ω₂ – ω_m) zu bestimmen und führt dieses dem Integrierer 241 und dem Koeffizientenmultiplizierer 242 zu. Der Addierer 243 addiert die jeweiligen Ausgangssignale des Integrierers 241 und des Koeffizientenmultiplizierers 242, um das erste Drehmomentsignal τ₁ zu erhalten und sendet dieses über den Ausgangsanschluß 244 aus.
Der Addierer 249 in dem Drehmomentsteuerkreis 198 nach 28 erzeugt das endgültige Drehmomentbefehlssignal τ_ms. Das bedeutet, daß der Addierer 249 das von dem Berechnungskreis 194 für das Vorkopplungssignal über den Eingangsanschluß 246 gelieferte simulierte Drehmomentsignal τ_a und das von dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 über den Eingangsanschluß gelieferte erste Drehmomentsignal τ₁ addiert, um das endgültige Drehmomentbefehlssignal τ_ms (= τ₁ + τ_a) zu bestimmen und liefert dieses an den Begrenzungskreis 250. Der Begrenzungskreis 250 verhindert, daß die Amplitude des endgültigen Drehmomentbefehlssignals τ_ms einen bestimmten Wert überschreitet.
Dann erzeugt der Koeffizientenmultiplizierer 251 das Ankerstrom-Befehlssignal I_as. Wie allgemein bekannt ist, wird die Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a und dem Ankerstrom I_a durch den Ausdruck (2) repräsentiert, in dem KT eine Drehmomentkonstante ist. Somit bestimmt bei Empfang des endgültigen Drehmomentbefehlssignals τ_ms der einen Koeffizienten gleich 1/K_T aufweisende Koeffizientenmultiplizierer 251 das Ankerstrom-Befehlssignal I_as.
Der Subtrahierer 252 erzeugt das Stromabweichungssignal ΔI (= I_as – I_a). Das heißt, der Subtrahierer 252 subtrahiert den von dem nicht dargestellten Stromdetektor über den Eingangsanschluß 248 gelieferten aktuellen Ankerstrom I_a von dem von dem Koeffizientenmultiplizierer 251 gelieferten Ankerstrom-Befehlssignal I_as, um das Stromabweichungssignal ΔI zu bestimmen und liefert dieses an den Integrierer 253 und den Koeffizientenmultiplizierer 254. Der Addierer 255 erzeugt das Klemmenspannungs--Befehlssignal V_as und führt dieses dem PWM–Kreis 256 zu. Der PWM–Kreis erzeugt ein Steuersignal zum Steuern der vier Schalterelemente des Umformungskreises 13, der einen Quadrantenzerhackerkreis aufweist, auf der Grundlage des Klemmenspannungs–Befehlssignals V_as. Der PWM–Kreis 256 weist einen bekannten Aufbau auf und daher wird seine Beschreibung ausgelassen.
Der PWM-Kreis 256 und der Umformerkreis 13 regeln die Klemmenspannung V_a des Gleichstrommotors 1a so, daß sie mit der Spannung übereinstimmt, die durch das Klemmenspannungs–Befehlssignal V_as repräsentiert wird. Aus dem Vorgehenden ist zu erkennen, daß der Drehmomentsteuer/Regelkreis 198 nach 28 und der Umformerkreis 13 das Ausgangsdrehmoment τ_m des Gleichstrommotors 1a so regeln, daß es mit dem durch das endgültige Drehmomentbefehlssignal τ_ms vorgegebenen Drehmoment übereinstimmt.
Der Koeffizient K_pp, des Koeffizientenmultiplizierers 234, der in dem Positionssteuer/Regelkreis 196 nach 26 enthalten ist, entspricht dem Übertragungsfaktor des Positionssteuer-/ und Regelkreis nach dem Stand der Technik und kann durch ein bekanntes Verfahren bestimmt werden. Der Koeffizient K_sp des in dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 nach 27 enthaltenen Koeffizientenmultiplizierer 242 und der Übertragungsfaktor K_si des in dem Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197 nach 27 enthaltenen Integrierers 241 entsprechen jeweils dem proportionalen Übertragungsfaktor und dem integralen Übertragungsfaktor des Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises nach dem Stand der Technik und können durch ein bekanntes Verfahren bestimmt werden. Wenn das Lastdrehmoment stationär ist, kann die Änderung der Betriebsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1a bei stationärem Lastdrehmoment über die Integrationsoperation des Geschwindigkeitssteuer/Regelkreises 197 verhindert werden. Obwohl der in 27 gezeigte Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis das Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω empfängt und das erste Drehmomentsignal τ₁ über eine proportionale plus integrale Operation bestimmt, können durch mechanische Resonanz bewirkte Vibrationen weiter effektiv unterdrückt werden durch die proportionale plus integrale plus derivative bzw. differenzierende Operation.
Die jeweiligen Koeffizienten K_cp des Koeffizientenmultiplizierers 254 und die Verstärkung K_ci des Integrierers 253 in dem Drehmomentsteuer/Regelkreis 198 nach 28 entsprechen jeweils dem proportionalen Verstärkungsfaktor und dem integralen Verstärkungsfaktor des Stromsteuer/Regelkreises nach dem Stand der Technik und können durch ein bekanntes Verfahren bestimmt werden.
Dreizehntes Beispiel:
Eine Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem dreizehnten Beispiel, einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 30, 31 und 32 beschrieben. Wie in 30 gezeigt wird, sind der Gleichstrommotor 1a, der Drehmomentübertragungsmechanismus 2, die Lastmaschine 3, der Rotationsdetektor 4, der Positionssteuer/Regelkreis 196, der Geschwindigkeitssteuer/Regelkreis 197, der Drehmomentsteuer/Regelkreis 198, der Umformungskreis 13 und der Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal identisch zu denen des zwölften Beispiels.
Das dreizehnte Beispiel umfaßt zusätzlich zu den Kreisen nach dem zwölften Beispiel einen Berechnungskreis 195 für ein Vorkopplungssignal, der variable Steuer/Regelparameter verwendet, und einen Korrekturkreis 190. Eine Drehmomentsteuer/Regelvorrichtung nach dem dreizehnten Beispiel, ähnlich zu derjenigen nach dem zwölften Beispiel, besteht aus dem Drehmomentsteuer/Regelkreis 198 und dem Umformerkreis 13.
Der Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal nach 31 umfaßt einen mit dem Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal verbundenen Eingangsanschluß 260, einen mit dein Korrekturkreis 190 verbundenen Eingangsanschluß 261, einen mit dem Eingangsanschluß 260 verbundenen Subtrahierer, einen mit dein Subtrahierer 262 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 263, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 263 verbundenen Subtrahierer 264, einen mit dem Subtrahierer 264 verbundenen Koeffizientenmultiplizierer 265, einen mit dem Eingangsanschluß 261 und dem Koeffizientenmultiplizierer 265 verbundenen Multiplizierer 266, einen mit dem Koeffizientenmultiplizierer 265 verbundenen Integrierer 267, einen mit dem Integrierer 267 verbundenen Integrierer 268, einen mit dem Multiplizierer 266 verbundenen Ausgangsanschluß 269, einen mit dem Integrierer 267 verbundenen Ausgangsanschluß 270 und einen mit dem Integrierer 268 verbundenen Ausgangsanschluß 271.
Der Korrekturkreis 190 nach 32 umfaßt mit dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verbundene Eingangsanschlüsse 273, 275, einen mit dem Rotationsdetektor 4 verbundenen Eingangsanschluß 274, einen mit den Eingangsanschlüssen 273 und 274 verbundenen Subtrahierer 276, einen mit dem Eingangsanschluß 275 verbundenen Polaritätsunterscheidungskreis 277, einen mit dem Subtrahierer 276 und dem Polaritätsunterscheidungskreis 277 verbundenen Multiplizierer 278, einen mit dem Multiplizierer 278 verbundenen Integrierer 279, einen konstanten Einstellkreis 280, einen mit dem Integrierer 279 und dem konstanten Einstellkreis 280 verbundenen Addierer 281 und einen mit dem Addierer verbundenen Ausgangsanschluß 282.
Die Einstellung der Steuer/Regelparameter für den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal nach dem dreizehnten Beispiel wird unter Bezugnahme auf die 33 beschrieben, die äquivalent zu der 29 ist. Zuerst wird die Aquivalenz der 33 mit der 29 beschrieben.
Bezugnehmend auf die 33 wird eine Transferfunktion (Übertragungsfunktion) G_S (S), die die Beziehung zwischen dem simulierten Geschwindigkeitssignal ω_a und dem simulierten Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_as darstellt, durch die folgende Übertragungsfunktion mit Verzögerung erster Ordnung angenähert: G_S(S) = ω_a/ω_as = ω_sc/(S + ω_sc) = 1/(1 + S/ω_sc) (11).
Da aus der Gleichung (8) der reziproke Wert der Ansprechfrequenz ω_sc der simulierten Geschwindigkeitsregelschleife eine Zeitkonstante T_sc wird, ist die Gleichung (11) gleich der Gleichung (7). Aus der Gleichung (6) ist es bekannt, daß das simulierte Drehmomentsignal τ_a durch Multiplizieren der Ableitung des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a mit dem Trägheitsmoment J erhalten werden kann. Somit kann, wie in 33 gezeigt wird, das simulierte Drehmomentsignal τ_a durch Multiplizieren eines Eingangssignals, das einem Integrierer mit einer Integrationszeitkonstanten von ”1” zugeführt wird und ein simuliertes Geschwindigkeitssignal ω_a erzeugt, mit dem Trägheitsmoment J erhalten werden. Darüber hinaus sind die Regelschleifen der simulierten Drehwinkel offensichtlich äquivalent. Somit ist 33 äquivalent zu 29.
Wenn ein Aufbau nach 33 zur Berechnung des simulierten Drehwinkelsignals θ_a, des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a und des simulierten Drehmomentsignals τ_a durch den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendet wird, ist das Trägheitsmoment J nur der einzustellende Regelparameter, wenn das Trägheitsmoment des mechanischen Systems unbekannt ist oder während des Betriebes sich ändert. Die Ansprechfrequenz ω_sc der Regelschleife für die simulierte Geschwindigkeit ist ein gesetzter Wert und der Übertragungsfaktor K_pa der Regelschleife für die simulierte Position wird unter Verwendung des Ausdrucks (10) bestimmt. Wie aus dem Vergleich der 29 und 33 offensichtlich ist, sind der Simulationskreis 194a für das mechanische System und der Steuer/Regelkreis 194b für die simulierte Geschwindigkeit diskrete Kreise in 29, während diese Kreise in 33 nicht voneinander unterscheidbar sind, was anzeigt, daß jede Schaltkreiskonfiguration äquivalent zu der der 29 für die Berechnung durch den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendet werden kann. Wenn eine Schaltkreiskonfiguration nach 29 verwendet wird, sind die Integrationszeitkonstante, d. h. das Trägheitsmoment J des ersten Integrierers 226, der das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a erzeugt und der Übertragungsfaktor K_sa des Steuer/Regelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit die entsprechend dem Trägheitsmoment des mechanischen Systems einzustellenden Steuer/Regelparameter.
Ein Verfahren zur Korrektur des Trägheitsmoments J als Regelparameter für den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal nach dem dreizehnten Beispiel wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 34(a) und 34(b) beschrieben. Wenn das an den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal gelieferte Trägheitsmoment J kleiner ist als das Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems, eilt die Antwort des aktuellen Geschwindigkeitssignals ω_m auf die Änderung des simulierten Geschwindigkeitsbefehlssignals ω_a der Antwort des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf dieselbe nach, wie in 34(a) gezeigt wird. Wie aus der 34(a) offensichtlich ist, ist die Polarität des zweiten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₂ (= ω_a – ω_m) positiv während der Beschleunigung und negativ während der Verzögerung. Wenn das an den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal gegebene Trägheitsmoment J größer als das Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems ist, eilt die Antwort des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a auf die Änderung des simulierten Geschwindigkeitsbefehlssignals ω_as der Antwort des aktuellen Geschwindigkeitssignals ω_m auf dieselbe nach. Daher ist die Polarität des zweiten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₂ negativ während der Beschleunigung und positiv während der Verzögerung. Somit wird das für den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendete Trägheitsmoment J korrigiert, so daß der absolute Wert der Amplitude des zweiten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₂ verringert wird.
Somit ist die Polarität des zweiten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₂ während der Beschleunigung und die während der Verzögerung umgekehrt zueinander. Wie aus 34(b) ersichtlich ist, ist es möglich zu entscheiden, ob der Gleichstrommotor 1a beschleunigt oder verzögert wird, indem die Polarität des von dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal erzeugte simulierte Drehmomentsignal τ_a unterschieden wird. Das bedeutet, daß die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τ_a positiv während der Beschleunigung und negativ während der Verzögerung ist. Wenn daher der Gleichstrommotor 1a beschleunigt wird, wenn nämlich die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τ_a positiv ist, wird das in dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendete Trägheitsmoment J erhöht, wenn die Polarität des zweiten Geschwindigkeitsabweichungssignals Δω₂ positiv ist, oder das Trägheitsmoment J wird verringert, wenn das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ negativ ist. Wenn der Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal die Operation nach 29 ausführt, muß der Übertragungsfaktor K_sa des Steuer/Regelkreises 194b für die simulierte Geschwindigkeit bei Verwendung des Ausdrucks (8) zusätzlich zu der Korrektur des Trägheitsmomentes J korrigiert werden.
Die Betriebsweise des dreizehnten Ausführungsbeispiels wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 30, 31 und 32 beschrieben. Die Funktionsweise der Kreise mit Ausnahme des Berechnungskreises 195 für das Vorkopplungssignal und der Korrekturkreis 190 sind die gleichen wie die entsprechenden Kreise des zwölften Beispiels und somit wird ihre Beschreibung weggelassen.
Der Addierer 266 in dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal aus 31 erzeugt das simulierte Drehmomentsignal τ_a. Das heißt, der Subtrahierer 262 subtrahiert das von dem Integrierer 268 erzeugte simulierte Drehwinkelsignal θ_a von dem vom Erzeugungskreis 15 für das Drehwinkel-Befehlssignal an den Eingangsanschluß 260 gelieferte Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms, um das simulierte Drehwinkelabweichungssignal Δθ_a (= θ_ms – θ_a) zu erhalten und liefert dieses dem Koeffizientenmultiplizierer 263. Der Koeffizientenmultiplizierer 263 bestimmt das simulierte Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_as. Der Koeffizientenmultiplizierer 263 ist ein Bauelement des Steuer/Regelkreises für die simulierte Position nach 33. Der Koeffizient K_ps des Koeffizientenmultiplizierers 263 wird unter Verwendung des Ausdrucks (10) bestimmt. Dann subtrahiert der Subtrahierer 264 das von dem Integrierer 267 gelieferte simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a von dem von dem Koeffizientenmultiplizierer 263 erzeugten simulierten Geschwindigkeitsbefehlssignal ω_as, um das simulierte Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω_a (= ω_as – ω_a) zu bestimmen und führt dieses dem Koeffizientenmultiplizierer 265 zu. Nach Erhalt des Ausgangssignals des Koeffizientenmultiplizierers 265 bestimmt der Integrierer 267 das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a. Wie in 33 gezeigt wird, ist der Koeffizient des Koeffizientenmultiplizierers 265 gleich der Ansprechfrequenz ω_sc der simulierten Geschwindigkeitsregelschleife. Der Multiplizierer 266 multipliziert das Trägheitsmoment J, das von dem Korrekturkreis 190 an den Eingangsanschluß 261 geliefert wird, mit dem Ausgangssignal des Koeffizientenmultiplizierers 265, um das simulierte Drehmomentsignal τ_a zu erhalten und sendet dieses über den Ausgangsanschluß 271 aus.
Daraufhin wird das mit dein Integrierer 267 erhaltene simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a über den Ausgangsanschluß 270 ausgesandt und das durch Integrieren des simulierten Geschwindigkeitssignals ω_a, mittels des Integrierers 268 erhaltene simulierte Drehwinkelsignal θ_a wird über den Ausgangsanschluß 271 abgesandt.
In dem Korrekturkreis 190 nach 32 erzeugt der Addierer 281 das Trägheitsmoment J. Das heißt, der Subtrahierer subtrahiert das durch den Rotationsdetektor 4 über den Eingangsanschluß 274 gelieferte aktuelle Geschwindigkeitssignal von dem durch den Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal über den Eingangsanschluß 273 gelieferten simulierten Geschwindigkeitssignal ω_a, um das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ zu bestimmen. Der Polaritätsunterscheidungskreis 277 erzeugt das Polaritätssignal S_g, das die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τ_a repräsentiert, das von dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal über den Eingangsanschluß 275 geliefert wird. Des Polaritätssignal S_g ist ein binäres Signal, das heißt es ist ”1”, wenn die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τ_a positiv ist oder ”–1”, wenn die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τ_a negativ ist. Dann multipliziert der Multiplizierer des von dem Subtrahierer 276 gelieferte zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ mit dem Polaritätssignal S_g, das die Polarität des simulierten Drehmomentsignals τ_a angibt, und das Ausgangssignal des Multiplizierers 278 wird dem Integrierer 279 zugeführt. Der Integrierer 279 bestimmt eine Korrektur ΔJ für die Korrektur des Trägheitsmoments J. Der Addierer 281 addiert das von dem konstanten Einstellkreis 280 gelieferte ursprüngliche Trägheitsmoment J₀ und die Korrektur ΔJ, um das Trägheitsmoment J zu bestimmen und liefert dieses an den Ausgangsanschluß 282. Das ursprüngliche Trägheitsmoment J₀ ist beispielsweise das Trägheitsmoment des Gleichstrommotors 1a.
Somit wird das Trägheitsmoment J durch die von dem Integrierer 279 erzeugte Korrektur ΔJ korrigiert, so daß das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ auf null reduziert wird, damit das in dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal verwendete Trägheitsmoment J mit dem Trägheitsmoment des aktuellen mechanischen Systems übereinstimmt. Somit kann die Positionssteuerungs/Regelungsoperation bei festen Ansprecheigenschaften durchgeführt werden, selbst wenn das Trägheitsmoment des mechanischen Systems nicht bekannt ist oder während des Betriebes variiert.
Vierzehntes Beispiel:
Obwohl das dreizehnte Beispiel das Trägheitsmoment J durch den Korrekturkreis 190 so korrigiert, daß das zweite Geschwindigkeitsabweichungssignal Δω₂ reduziert wird, kann das Trägheitsmoment J durch den Korrekturkreis 190 so korrigiert werden, daß die Differenz zwischen dem von dem Berechnungskreis 195 für das Vorkopplungssignal erzeugte simulierte Drehwinkelsignal θ_a und das von dem Rotationsdetektor 4 erzeugte aktuelle Drehwinkelsignal θ_m reduziert werden, da die Integration eines Geschwindigkeitssignals ein Drehwinkelsignal ist. In letzterem Fall kann der Korrekturkreis 190 mit einem Koeffizientenmultiplizierer anstelle des Integrierers 279 versehen sein, da die Integration des Geschwindigkeitsabweichungssignals, d. h. der Differenz zwischen dem simulierten Geschwindigkeitssignal ω_a und dem aktuellen Geschwindigkeitssignal θ_m ein Drehwinkelabweichungssignal ergibt, d. h. die Differenz zwischen dem simulierten Drehwinkelsignal θ_a und dem aktuellen Drehwinkelsignal θ_m.
Fünfzehntes Beispiel:
Wie aus dem Ausdruck (6) offensichtlich ist, kann das simulierte Drehmomentsignal τ_a ohne die Durchführung einer Differentialoperation bestimmt werden, wenn die Differenz zwischen der Ordnung (order) des Zählers der Transferfunktion, die die Beziehung zwischen dem Drehwinkel-Befehlssignal θ_ms und dem simulierten Drehwinkelsignal θ_a darstellt, und der des Nenners der Transferfunktion zwei oder mehr ist (die Ordnung bzw. Reihenfolge (order) des Nenners ist größer als die Ordnung bzw. Reihenfolge (order) des Zählers), da das simulierte Drehmoment τ_a die zweite Ableitung des simulierten Drehwinkelsignals θ_a ist. Somit kann der Steuer/Regelkreis 194b für die simulierte Geschwindigkeit eine zusätzliche integrale Operation durchführen oder die Ordnung des Simulationskreises 194a für das mechanische System kann erhöht werden.
Sechzehntes Beispiel:
Aus 29 wird die Differentialgleichung gebildet. dθ_a/dt = ω_a dω_a/dt = 1/J τa τ_a = K_sa{K_pa(θ_ms – θ_a) – ω_a}(12)
Der Berechnungskreis 194a für das Vorkopplungssignal kann mit einem Mikrocomputer versehen sein, der das simulierte Drehwinkelsignal θ_a, das simulierte Geschwindigkeitssignal ω_a und das simulierte Drehmomentsignal τ_a über die numerische Integration der Differentialgleichung (12) bestimmt.
Siebzehntes Beispiel:
Obwohl die vorhergehenden Beispiele anhand einer Regelung eines Gleichstrommotors beschrieben wurden, kann die vorliegende Erfindung auch zur Steuerung bzw. Regelung eines Wechselstrommotors, wie eines Induktionsmotors oder eines Synchronmotors angewandt werden. Da das Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors bei einer entsprechend hohen Ansprechgeschwindigkeit wie bei einem Gleichstrommotor gesteuert bzw. geregelt werden kann, kann das Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors leicht geregelt werden, so daß das Ausgangssignal des Wechselstrommotors mit dem durch das endgültige Drehmomentbefehlssignal τ_ms dargestellte Drehmoment übereinstimmt.
Die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die mit dem Berechnungskreis für das Vorkopplungssignal versehen ist, ist in der Lage, die Positionssteuer/Regeloperation bei einer hohen Ansprechgeschwindigkeit durchzuführen, selbst wenn es möglich ist, daß mechanische Schwingungen in dem mechanischen System, bestehend aus dem elektrischen Motor, dem Drehmomentübertragungsmechanismus und der Lastmaschine aufgrund der relativ niedrigen Starrheit des Drehmomentübertragungsmechanismus oder des Flankenspiels des Zahnradwerkes erzeugt werden. Da der Berechnungskreis für das Vorkopplungssignal keine Differentialoperation durchführt, wird ein glattes Signal erzeugt, selbst wenn das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors sich plötzlich ändert, so daß keine mechanischen Schwingungen und mechanischen Geräusche erzeugt werden, selbst wenn das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors sich plötzlich ändert.
Die Positionssteuer/Regeleinrichtung nach dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist weiterhin mit dem Korrekturkreis zur Korrektur des Trägheitsmoments, d. h. des Parameters des Berechnungskreises für das Vorkopplungssignal entsprechend dem Trägheitsmoment des mechanischen Systems versehen. Daher kann die Ansprechfrequenz für die Positionssteuer/Regeloperation konstant gehalten werden, selbst wenn das Trägheitsmoment der Lastmaschine unbekannt ist oder sich während der Operation verändert.

Claims

Positionssteuer/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln eines elektrischen Motors (1a) für den Antrieb einer Lastmaschine (3) über einen Drehmomentübertragungsmechanismus (2), mit einem Rotationsdetektor (4), der die Drehgeschwindigkeit (ω_m) und den Drehwinkel (θ_m) des elektrischen Motors (1a) erfaßt, mit einem Berechnungskreis (194) für das Vorwärtsregelsignal, der ein den Drehwinkel des elektrischen Motors (1a) vorgebendes Drehwinkel-Befehlssignal (θ_ms) empfängt und ein simuliertes Drehwinkelsignal (θ_a), ein simuliertes Drehgeschwindigkeitssignal (ω_a) und ein simuliertes Drehmomentsignal (τ_a) erzeugt, die durch eine Funktionsoperation einschließlich mindestens zweier Integrationsoperationen erhalten werden, einem Positionssteuer/Regelkreis (196), der ein erstes Drehgeschwindigkeitssignal (ω₁) abhängig von dem simulierten Drehwinkelsignal (θ_a) und dem von dem Rotationsdetektor (4) gelieferten aktuellen Drehwinkelsignal (θ_m) erzeugt, einem Drehgeschwindigkeitssteuer/Regelkreis (197), der ein erstes Drehmomentsignal (τ₁) abhängig von dem simulierten Drehgeschwindigkeitssignal (ω_a), dem ersten Drehgeschwindigkeitssignal (ω₁) und dem von dem Rotationsdetektor (4) gelieferten aktuellen Drehgeschwindigkeitssignal (ω_m) erzeugt, und einer Steuer/Regelvorrichtung (198, 13), die das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors (1a) abhängig von dem simulierten Drehmomentsignal (τ_a) und dem ersten Drehmomentsignal (τ₁) steuert oder regelt, wobei der Berechnungskreis (194) für das Vorwärtsregelsignal einen Simulationskreis (194a) enthält, der den elektrischen Motor (1a), die Lastmaschine (3) und den Drehmomentübertragungsmechanismus (2) durch zwei Integrationselemente approximiert und das simulierte Drehgeschwindigkeitssignal (ω_a) und das simulierte Drehwinkelsignal (θ_a) abhängig vom simulierten Drehmomentsignal (τ_a) erzeugt, sowie einen Steuer/Regelkreis (194c) für eine simulierte Position, der ein simuliertes Drehgeschwindigkeits-Befehlssignal (ω_as) abhängig vom Drehwinkel-Befehlssignal (θ_ms) und simulierten Drehwinkelsignal (θ_a) erzeugt und einen Steuer/Regelkreis (194b) für eine simulierte Drehgeschwindigkeit, der das simulierte Drehmomentsignal (τ_a) abhängig von dem simulierten Drehgeschwindigkeits-Befehlssignal (ω_as) und dem simulierten Drehgeschwindigkeitssignal (ω_a) erzeugt.
Positions/Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturkreis (190) vorgesehen ist, der das simulierte Drehgeschwindigkeitssignal (ω_a) oder das simulierte Drehwinkelsignal (θ_a) und das aktuelle Drehgeschwindigkeitssignal (ω_m) oder das aktuelle Drehwinkelsignal (θ_m) empfängt und dass der Korrekturkreis (190) die Steuer/Regelparameter, die in dem Berechnungskreis (195) für das Vorwärtsregelsignal verwendet werden, in der Weise korrigiert, dass die Amplitude des Drehgeschwindigkeitsabweichungssignals (Δω), das die Differenz zwischen dem simulierten Drehgeschwindigkeits- (ω_a) oder Drehwinkelsignal (θ_a) und dem aktuellen Drehgeschwindigkeits- (ω_m) oder Drehwinkelsignal (θ_m) darstellt, unter einen bestimmten Wert verringert wird.
Positionssteuer/Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Simulationskreis (194a) für das mechanische System mit einem ersten Integrierer (226), der das simulierte Drehmomentsignal (τ_a) zur Erzeugung eines simulierten Drehgeschwindigkeitssignals (ω_a) integriert, und einen zweiten Integrierer (227), der das simulierte Drehgeschwindigkeitssignal (ω_a) zur Erzeugung des simulierten Drehwinkelsignals (θ_a) integriert, aufweist, und dass der Korrekturkreis (190) die Integrationszeitkonstante des ersten Integrierers (226) korrigiert, so dass die Amplitude des Drehgeschwindigkeitsabweichungssignals (Δω) unter den bestimmten Wert verringert wird.