DE69109534T2

DE69109534T2 - Optimierungssystem für Fahrmotoren von Gabelstaplern.

Info

Publication number: DE69109534T2
Application number: DE69109534T
Authority: DE
Inventors: Isaac Avitan
Original assignee: Raymond Corp
Current assignee: Raymond Corp
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2011-03-15
Also published as: EP0456345B1; EP0456345A1; US5039924A; DE69109534D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Optimierung der Regelung von Gleichstrommotoren, welche gesondert erregte Läufer- und Feldwicklungen haben, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine solche Regelungsoptimierungsvorrichtung ist aus der IEEE Transactions On Industrial Electronics, Band IE-34 Nr. 4,11/87, Seite 433 - 440, von S.C. Hong et al. "Microprozessor-Based High-Efficiency Drive Of A DC Motor", bekannt.
Materialtransport-Fahrzeuge fallen in eine von mehreren Antriebsmaschinen-Kategorien. Eine solche Kategorie ist das elektrische Fahrzeug, dessen Energiequelle eine Blei- Säure-Batterie ist, welche mehrere tausend Pfund wiegen kann. Neben der Bereitstellung der Energiequelle für das ahrzeug dient die Batterie häufig auch als Fahrzeuggegengewicht.
Das Verhältnis des Ladungsgewichts zum Brottogewicht des unbeladenen Fahrzeugs von Industrie-Hubwagen ist extrem wichtig. Wenn zum Beipiel ein unbeladenes Fahrzeug 12000 Pfund wiegt und das maximale Ladungsgewicht, das es tragen kann, 4000 Pfund beträgt, dann kann das Brottogewicht unbeladen/beladen von so wenig wie 12000 Pfund bis so viel wie 16000 Pfund variieren. Dies stellt eine Änderung von 33 % des Motordrehmomentbedarfs dar. Außerdem muß das Fahrzeug in der Lage sein, auf Laderampen zu manöverieren, was den Motordrehmomentbedarf weiter erhöht. Aus diesen und anderen Gründen ist es wünschenswert, ein Optimierungssystem zu haben, das in der Lage ist, genaue und ergiebige Arbeitsleistung vom Fahrzeug zu gewinnen.
Das treibende Hauptelement dieser Art von Fahrzeugen, Fahrsystem (traction system) genannt, besteht üblicherweise aus einem Gleichstrom-Hauptschlußmotor, welcher mit einem Reduziergetriebe und einem Antriebsrad gekoppelt ist. Einige elektrische Fahrzeuge benutzen ein Einzel- "Lenk-Antriebs-" Fahrsystem, während andere ein "Dual-Antriebs-" (Differential-) Fahrsystem verwenden.
Die Drehrichtung des Gleichstrom-Hauptschlußmotors wird durch die Polaritäts-Orientierung der Feldwicklung bezüglich des Läufers geregelt. Mit herkömmlicher Regelung wird die Orientierung der Feldwicklung durch ein Kontaktpaar so geregelt, daß, wenn elektrische Energie auf die Feld-Läufer-Kombination aufgebracht wird, der Motor dazu gebracht wird, in die gewünschte Richtung zu drehen.
Der Gleichstrom-Hauptschlußmotor, vordem ausgiebig in Industrie-Hubwagen benutzt, zeigt eine sehr wichtige Charakteristik er hat ein extrem hohes Drehmoment bei Nullgeschwindigkeit. Dies ist extrem wichtig, weil es das notwendige Startdrehmoment bereitstellt.
Bei einer herkömmlichen Regelung wird die Feld-Läufer- Kombination als eine Einzel-Einheit gesteuert. Die Motorgeschwindigkeitsverstellung wird durch Spannungsschaltung erreicht, wobei typischerweise solche Leistungshalbleiter-Technologien wie siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCR) benutzt werden. Der Spannungsabfall, der mit dem SCR verbunden ist, sowie seine Arbeitszyklus- Limitierung legen dem Motor eine Geschwindigkeitsgrenze auf. Um aus dem Motor die maximale Geschwindigkeit herauszuholen und um den Gesamtsystemleistungsverlust zu reduzieren, wird ein Bypass-Schütz parallel zum SCR benutzt, wodurch die Feld-Läufer-Kombination des Motors mit der Batterie in Reihe geschaltet wird.
Bei einem solchen Regelungsschema hat der Gleichstrom- Hauptschlußmotor allerdings einen größeren Nachteil : er kann nur entlang seiner charakteristischen Kommmutationskurvengrenze arbeiten. Dies führt zu Änderungen der Motorgeschwindigkeit aufgrund von wechselnden Lastmomenten, welche von Änderungen der Nutzlast, der Fahrwegbedingungen und Steigungsänderungen herrühren.
Mit der richtigen Regelung kann die Benutzung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors mit einer unabhängigen Feld- und Läufer-Regelung verschiedene Vorteile gegenüber herkömmlichen Gleichstrom-Hauptschlußmotoren für Hubwagenanwendungen haben.
Der separat erregte Gleichstrommotor stellt ein hoch gekoppeltes Multi-Eingangs-, Multi-Ausgangs-, nichtlineares, dynamisches System oder Aggregat dar. Es ist hoch gekoppelt in dem Sinn, daß, wenn einer der Eingänge verändert wird, alle Ausgänge davon betroffen sind. Dies ist unerwünscht, da es der Zweck der Regelung ist, nur auf die gewünschten Ausgänge wissentlich und beabsichtigt einzuwirken, ohne andere Ausgangszustände zu verändern.
Die Regelungsoptimierungsvorrichtung, welche aus der obengenannten TEEE Transactions On Industrial Electronics bekannt ist, hat mikroprozessorbasierte Regelungsmittel, welche eine Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleife zum Vergleich einer gemessenen aktuellen Motorgeschwindigkeit mit einer Referenzgeschwindigkeit beinhalten, um eine Geschwindigkeitsabweichung zu berechnen und sie einem Geschwindigkeitsregler zuzuführen. Der Ausgang des Geschwindigkeitsreglers bestimmt die Läuferspannung. Das optimale Verhältnis k, welches eine nichtlineare Funktion der Motorgeschwindigkeit ist, ist in einer Tabelle gemäß der Motorgeschwindigkeit tabelliert, um einen Referenzfeldstrom als ein Vielfaches des gemessenen Läuferstroms und 1/k zu finden. Dieser Referenzfeldstrom wird mit dem aktuellen Feldstrom verglichen und die Feldspannung wird durch einen Stromregler geregelt.
US Patent Nr. 4 079 301, erteilt für Johnson III, offenbart einen Gleichstrommotor-Regelkreis, welcher separat erregte Läufer- und Feldwicklungen hat. Der Regelkreis ist in beiden Modi, konstantes Drehmoment und konstante Pferdestärke, betreibbar. Die Übertragungseigenschaften des Kreises liefern einen hohen Verstärkungsfaktor bei niedrigen Frequenzen und einen niedrigen Verstärkungsfaktor bei höheren Frequenzen. Der Kreis kann ferner den Verstärkungsfaktor bei niedrigen Frequenzen reduzieren, wenn der Motorbetrieb vom konstanten Drehmoment-Modus in den konstanten Pferdestärken-Modus schaltet.
US Patent Nr. 3 694 715, erteilt für Van Der Linde et al., offenbart einen kontaktlosen Gleichstrommotor- Umkehrkreis. Der Strom von einer frequenzveränderlichen, gepulsten Gleichstromquelle wird auf das Hauptfeld durch ein Paar transistorbestückter Schaltgeräte für die Vorwärtsdrehung des Motors aufgebracht. Ein zweites Paar transistorbestückter Schaltgeräte liefert Strom für die Rückwärtsdrehung des Motors. Beiden Schaltgeräten ist ein drittes Schaltgerät gemeinsam, welches normalerweise den induzierten Läuferstrom zwischen den Pulsen aufnimmt. Es wird während der Leitungsübertragung zwischen den beiden Schaltgeräte-Paaren entregt, wodurch sichergestellt wird, daß der Blockier-Zustand eines Paars auftritt bevor das zweite Paar eingeschaltet wird.
US Patent Nr. 4 264 846, erteilt für Sauer et al., offenbart einen Geschwindigkeitsregelbremskreis für einen Gleichstrommotor. Die Feld- und Läuferströme sind unabhängig voneinander, um den Motorbetrieb im feldschwächenden Bereich zu erlauben. Der Läuferstrom wird durch ein pulsierendes Gleichstrom-Element eingestellt. Die Feldwicklung ist in einer Serienschaltung mit einem Schalter enthalten, welcher mit dem Gleichstrom-Element parallelgeschaltet ist. Parallel zur Feldwicklung ist eine Feldstrom-Bypassdiode geschaltet.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Regelungsoptimierungsvorrichtung bereitzustellen, in der die Eigenschaften eines Gleichstrom- Hauptschlußmotors (series-wound dc motor) unter Verwendung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors (shunt- wound dc motor) simuliert werden könnten und welcher in der Lage ist, veränderbares Drehmoment zu erzeugen und dabei die Geschwindigkeit konstant zu halten.
Die obige Aufgabe wird durch eine Regelungsoptimierungsvorrichtung gemäß der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Die Ansprüche 2 bis 5 sind von ihm abhängig, wobei jeder vorteilhafte Entwicklungen davon spezifiziert.
Es würde vorteilhaft sein, ein System bereitzustellen, welches im Hinblick auf Motorverluste optimiert.
Es würde auch vorteilhaft sein, ein Motoroptimierungssystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, ein veränderliches Drehmoment zu erzeugen während es eine konstante Geschwindigkeit aufrechterhält.
Es würde auch vorteilhaft sein, ein System bereitzustellen, in dem die Eigenschaften eines Gleichstrom-Hauptschlußmotors unter Verwendung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotor simuliert werden könnten.
Es würde im weiteren vorteilhaft sein, ein System bereitzustellen, in dem die Feld- und Läuferwicklungen eines Fahrmotors separat erregt und geregelt werden.
Es würde außerdem vorteilhaft sein, ein System bereitzustellen, in dem die Regelungsoptimierung unter Verwendung einer Software erzielt wird.
Die unabhängige Feld- und Läuferregelung ermöglicht die Regelung eines Motors irgendwo entlang und unterhalb seiner charakteristischen Kommutationskurvengrenze. Während ein Bypass-Schütz parallel zum Läuferspannungs- Schaltgerät verwendet werden kann, um die Leistungsverluste zu reduzieren, erweitert die unabhängige Feldregelung die Regelbarkeit des Motors, wobei das System weniger empfindlich gegenüber Änderungen von Nutzlasten, Fahrwegbedingungen und Steigungsänderungen gemacht wird.
Ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor ist der hauptsächliche Antriebstriebwerksersatz für den herkömmlichen Gleichstrom-Hauptschlußmotor. Die Feldwicklungen des Gleichstrom-Nebenschlußmotors benötigen weit weniger Strom als ihr Hauptschluß-Gegenstück, wodurch es in wirtschaftlicher Hinsicht machbar wird, eine Vollvariabel- Feldregelung (Spannungsschaltung) anzuwenden.
Das Feld- und Läuferspannungs-Schalten wird durch die Verwendung von Leistungstransistoren im Gegensatz zu herkömmlichen SCR's erreicht. Obwohl SCR's günstige Mittel zum Spannungschalten sind, sind sie bezüglich der Schaltgeschwindigkeit beschränkt und sie erfordern einen zusätzlichen Stromkreis aufgrund ihrer nicht selbstkommutierenden Eigenschaften.
Die Verwendung eines solchen Systems führt zu vielen Vorteilen eingeschlossen der optimierten Leistungsfähigkeit, aber nicht beschränkt auf diese.
Ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung kann man in bezug auf die begleitenden Zeichnungen erlangen, wenn sie in Verbindung mit deren detaillierten Beschreibung ausgelegt werden. In den Zeichnungen zeigen
Fig.1 eine graphische Darstellung einer typischen Geschwindigkeits-Drehmoment-Beziehung für Gleichstrom-Hauptschlußmotoren;
Fig.2 ein Block-Diagramm einer multi-variabel gekoppelten Systemdarstellung eines Gleichstrom- Nebenschlußmotors, wobei dessen besondere interne Kanalübertragungsfunktionen gezeigt sind;
Fig.3 ein schematisches Diagramm der bevorzugten Ausführungsform eines Gleichstrommotor-Regelkreises gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig.4 ein Block-Diagramm des optimalen Regelungssystems; und
Fig.5 ein Flußdiagramm eines Optimierungsregelbetriebs.
Bevor die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, ist es wünschenswert, kurz die Geschwindigkeits-Drehmoment-Charakteristiken eines Gleichstrom-Hauptschlußmotors zu diskutieren.
Nun bezugnehmend auf Fig. 1, die eine typische Geschwindigkeits-Drehmoment-Kurve für einen Gleichstrom- Hauptschlußmotor zeigt, welche die charakteristische Kommutationsgrenze, die Feldstromlinien If und die Läuferstromlinien Ia zeigt.
Wie oben diskutiert, ist ein Gleichstrommotor mit einer herkömmlichen Regelung darauf beschränkt, entlang seiner charakteristischen Kommutationsgrenze zu arbeiten, wie sie durch die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wm und das Motorwellenlastmoment TL dargestellt ist. Daher führt, wie aus Fig.1 gesehen werden kann, eine Änderung von TL zu einer Änderung von Wm.
Bei unabhängiger und vollständig variabler Feld- und Läuferregelung führt allerdings eine Änderung von TL nicht notwendigerweise zu einer Änderung von Wm. Vielmehr kann ein Regelungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, welches später hierin genauer beschrieben wird, einen neuen Motor-Betriebspunkt durch Ia und If unterhalb der Kommutationsgrenze auswählen, was zu einem unveränderten Wm für den neuen Lastmomentwert TL führt.
Nun bezugnehmend auf Fig. 2, die ein Blockdiagramm eines multi-variabel gekoppelten Systems eines Gleichstrom- Haupt- oder Nebenschlußmotors zeigt.
Eine angelegte Läuferspannung Va und eine angelegte Feldspannung Vf werden in einen Motor 10 eingegeben. Die physikalischen Transformationen innerhalb des Motors 10 können in geeigneter Weise durch die Kreuzkanal- Übertragungsfunktionen 12 dargestellt werden, um die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wm und den Läuferstrom Ia als Ausgangsgrößen zu erzeugen.
Anhand einer Analyse eines Gleichstrom-Hauptschlußmotors oder -Nebenschlußmotors kann man sehen, daß der Motor 10 aus zwei dynamischen Systemen erster Ordnung und zwei dynamischen Systemen zweiter Ordung besteht. Solch ein Motorsystem kann im s-Bereich (Laplace-Transformation) durch die Übertragungsfunktionen G&sub1;&sub1;(s), G&sub1;&sub2;(s), G&sub2;&sub1;(s) und G&sub2;&sub2;(s) dargestellt werden.
Diese Übertragungsfunktionen 12 sind für die besonderen Kanäle des Motorsystems kennzeichend und sind wie folgt definiert,
G&sub1;&sub1;(s) = Wm(S)/Va(s)
G&sub1;&sub2;(s) = Wm(S)/Vf(s)
G&sub2;&sub1;(s) = Ia(s)/Va(s)
G&sub2;&sub2;(s) = Ia(s)/Vf(s)
wobei G&sub1;&sub1;(s) und G&sub1;&sub2;(s) Systeme erster Ordnung sind und G&sub2;&sub1;(s) und G&sub2;&sub2;(s) Systeme zweiter Ordnung sind. Die Bestimmung dieser Übertragungsfunktionen 12 erfolgt analytisch wie auch experimentell.
Nun auch bezugnehmend auf Fig. 3, die ein schematisches Diagramm eines Gleichstrommotor-Regelkreises zeigt, generell mit der Bezugszahl 14 versehen, welcher das unabhängige Regeln eines Gleichstrom-Hauptschluß- oder -Nebenschlußmotors durch die unabhängige Regelung seiner Läuferwicklung 44 und Feldwicklung 42 vorsieht. Eine Last (nicht gezeigt) wird durch den Läufer 44 angetrieben.
Ein geeignetes Mittel, um ein zur Motorumdrehungsgeschwindigkeit proportionales Rückkopplungssignal bereitzustellen, ist durch die Codiereinrichtung 43, welche mit dem Läufer 44 verbunden ist, gegeben. Es ist natürlich für den Fachmann offensichtlich, daß die Codiereinrichtung 43 nur beispielhaft ist und daß andere Geräte oder Methoden verwendet werden können, um dieselbe Geschwindigkeitsmeßfunktion auszuführen.
Die wichtigsten Komponenten des Motorregelkreises 14 sind ein Chopperkreis 18, welcher die Läuferwicklung 44 regelt, und ein H-Brücken-Kreis 16, welcher die Feldwicklung 42 regelt. Zwei Paare von Transistoren 20, 24 und 26, 22 sind, wie gezeigt ist, mit der Feldwicklung 42 verbunden.
Durch eine Gleichstrombatterie 48 wird der Motorregelkreis 14 mit Energie versorgt. Ein Haupt- Leistungsschütz 56 ist mit der Batterie 48 und dem Chopperkreis 18 und dem H-Brücken-Kreis 16 verbunden. Der Haupt-Leistungsschütz 56 ermöglicht ein Abschalten des Systems, sollte irgendein Systemelement versagen.
Eine Chopperkreis-Sicherung 52 ist zwischen den Haupt- Schütz 56 und den Chopperkreis 18 geschaltet, um übermäßigen Strom zum Chopperkreis 18 zu beschränken. Eine H-Brückenkreis-Sicherung 54 ist zwischen den Haupt- Schütz 56 und den H-Brückenkreis 16 geschaltet, um übermäßigen Strom zum H-Brücken-Kreis 16 zu beschränken.
Die Regulierung der durch die Läuferwicklung 44 und die Feldwicklung 42 hindurchgehenden Leistung erfolgt durch Transistoren 19 (im Chopperkreis 18) und die Transistoren 20, 22, 24 und 26 (im H-Brücken-Kreis 16). Die Steuerung der Transistoren 19, 20, 22, 24 und 26 erfolgt durch Treiberkreise 17, 21, 23, 25 und 27. Die Drehrichtung des Motors wird durch die Orientierung der Feldwicklung 42 in bezug auf die Läuferwicklung 44 bestimmt. Die Orientierung der Feldwicklung 42 wird durch die Transistorpaare 22, 26 und 20, 24 gesteuert.
Das Ein-Aus-Schaltverhältnis der Transistoren 19, 20, 22, 24 und 26 führt zu einer durchschnittlichen, an der Läuferwicklung 44 und an der Feldwicklung 42 anliegenden, Anschlußspannung. Auf diese Weise wird eine gänzlich unabhängige und vollständig variable Regelung der Läuferwicklung 44 und der Feldwicklung 42 erreicht.
Polarisierte Dämpfungs-Kreise 36 und 38 (polarized snubber circuits) sind im H-Brückenkreis 16 und im Chopperkreis 18 vorgesehen, um
a) Schaltleistungsverluste der Transistoren 19 (im Chopperkreis 18) und der Transistoren 20, 22, 24, 26 (im H-Brückenkreis 16) zu absorbieren;
b) eine Sekundärstörung oder Sekundärunterbrechung wegen lokaler wärmeeffekte während des Ein- und Ausschaltens der Transistoren zu verhindern; und
c) unechtes oder falsches Einschalten der Transistoren wegen dV/dt zu verhindern.
Freilaufdioden 28, 29, 30, 32 und 34 (free wheeling diodes) stellen einen Weg für den Strom nach dem Abschalten der Transistoren 19, 20, 22, 24 und 26 bereit. Eine weitere Freilaufdiode 35 ist parallel zum Läufer 44 vorgesehen, auch um einen Strompfad bereitzustellen, wenn der Chopperkreis-Transistor 19 abgeschaltet wird.
Ein dl/dt-begrenzender Induktor 37 ist zwischen der H- Brückenkreis-Sicherung 54 und dem H-Brückenkreis 16 vorgesehen, um die Stromanstiegsrate durch den H- Brückenkreis 16 zu begrenzen. Dieser dl/dt-begrenzende Induktor 37 schützt die H-Brückenkreis-Transistoren 20, 22, 24 und 26 vor Läuferspannungsspitzen. Ein Paar gegeneinander geschaltete Zenerdioden 47, 49 (back to back breakdown diodes) und ein Widerstand 45 bilden ein Tranzorb 40 parallel zur Feldwicklung 42, um die Feldspannung zu begrenzen.
Eine parallel zum Transistor 19 geschaltete Regenerationsdiode 46 ermöglicht die Rezirkulation von Laststrom zurück zur Batterie 48 während eines Teils des Motorverzögerungszyklusses.
Ein parallel zum Transistor 19 geschalteter Bypass-Schütz 50 eliminiert den Leistungsverlust im Transistor 19 während eines ununterbrochenen Hochgeschwindigkeitslaufs.
Nun auch bezugnehmend auf Fig.4, die ein schematisches Blockdiagramm eines optimierenden Regelungsapparats eines Gleichstrommotors mit separat erregten Läufer- und Feldwicklungen zeigt.
Ein programmierbarer optimierender Regelungsapparat auf Mikroprozessorbasis ist allgemein bei Bezugszahl 71 gezeigt.
Ein den gewünschten Motorgeschwindigkeitswert kennzeichnendes Motorumdrehungsgeschwindigkeits- Referenzsignal Wmref, welches ein erstes Referenzsignal ist, tritt über die Leitung 59 in Additionsmittel 58 ein. Ein die aktuelle Motorumdrehungsgeschwindigkeit kennzeichnendes Signal Wm, welches durch eine Codiereinrichtung 43 erzeugt wird, wird ebenfalls auf die Additionsmittel 58 aufgebracht. Die Additionsmittel 58 erzeugen ein die Differenz zwischen der aktuellen und der gewünschten Motorumdrehungsgeschwindigkeit kennzeichnendes Motorumdrehungsgeschwindigkeits- Abweichungssignal Wmerr,
Wmerr = Wmref - Wm, welches über die Leitung 63 in einen Läuferspannungs-Regelungsverstärker 86 gelangt.
Ein Läuferspannungsregelverstärker 86 stellt die Läuferspannung Va 94 ein, welche bewirkt, daß die Geschwindigkeit des Motorläufers 44 geändert wird. Die Codiereinrichtung 43 ist mit dem Motor 44 verbunden, um dessen Umdrehungsgeschwindigkeit zu messen und um ein kontinuierliches Signal zu erzeugen, welches kennzeichnend für eine solche neue Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wm ist. Dieses Signal Wm wird in das Additionsmittel 58 rückgekoppelt.
Das Motorumdrehungsgeschwindigkeitssignal Wm wird gleichzeitig über die Leitung 98 in einen Rückkopplungsregler 66, z.B. ein von der Firma Motorola hergestelltes Mikroprozessor-Modell Nr. 68HC11, gegeben.
Auch wird gleichzeitig über die Leitung 97 ein gemessenes Feldstromsignal If in den Rückkopplungsregler 66 gegeben. Die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wm und der Feldstrom sind beides Motorausgangssignale.
Der Rückkopplungsregler 66 erzeugt eine Laplace- Transformationsvariable 1/k von einer Einheitstreppenfunktion, wobei k die optimale Verhältniskonstante ist, welche das optimale Läuferstrom- zu-Feldstrom-Verhältnis darstellt. Diese optimale Verhältniskonstante kann berechnet werden oder aus einer geigneten Tabelle im Rückkopplungsregler 66 erhalten werden. Die Laplace-Transformation 1/k tritt in einen Multiplizierer 62 ein, an welchem ein anderer Operand über die Leitung 96 anliegt, welcher den gewünschten Läuferstrom Ia darstellt. Ein Feldreferenzstrom Ifref wird durch den Multiplizierer 62 erzeugt, welcher mathematisch als Ifref = Ia/k dargestellt wird.
Der optimierende Regelungsapparat wird gemäß der Erfindung dadurch charakterisiert, daß der Rückkopplungsregler 66 einen Multiplizierer 62 umfaßt, um die Konstante 1/k mit einem zweiten, zu einem gewünschten Läuferstrom proportionalen Referenzsignal zu multiplizieren, um ein drittes Signal zu erzeugen, welches zu einem gewünschten Feldstrom proportional ist und welches an Feldstromverstärkungsmittel 90 als ein Referenzfeldstrom Iref angelegt wird.
Mittels dieser Merkmale kann der vorliegende Motoroptimierungsapparat ein veränderbares Drehmoment erzeugen, während eine konstante Geschwindigkeit eingehalten wird, und die Charakteristiken eines Gleichstrom-Hauptschlußmotors unter Verwendung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors simulieren.
Das Signal Ifref wird an den Feldstromregelungsverstärker 90 über die Leitung 99 angelegt. Der Feldstromregelverstärker 90 verstärkt die Feldspannung Vf, welche den Feldstrom If ändert. Der Feldstrom If wird dann wieder an den Rückkopplungsregler 66 angelegt, um einen neuen Wert für die optimale Verhältniskonstante k zu erhalten.
Wenn ein neuer Wert für die Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wm erzeugt und auf den Additierer 58 aufgebracht wird, wird der Zyklus wiederholt, womit eine optimale Regelung des Felds und des Läufers und daher auch des Motors 44 bereitgestellt wird.
Nun auch bezugnehmend auf Fig.5, die ein Flußdiagramm des in Fig.4 gezeigten Regelungsoptimierungskreises darstellt.
Die gewünschte Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wmref wird in den Summierer 58 der Optimal-Regelungseinrichtung 71 eingebracht, Schritt 122.
Die aktuelle Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wm, der Läuferstrom Ia und der Feldstrom If werden gelesen, Schritt 124.
Die optimale Verhältniskonstante k wird berechnet oder aus einer Tabelle erhalten, Schritt 126, und deren Reziprokwert auf den gewünschten Läuferstrom Ia angewendet, Schritt 127, was einen Feldreferenzstrom Ifref = Ia/k zur Folge hat.
Die Motorumdrehungsgeschwindigkeitsabweichung Wmerr wird dann berechnet, indem die gewünschte Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wmref mit der aktuellen Motorumdrehungsgeschwindigkeit Wm (d.h. Wmerr = Wmref - Wm) addiert wird, Schritt 128.
Die Motorumdrehungsgeschwindigkeitsabweichung Wmerr und der Feldreferenzstrom Ifref werden wieder an den Motor 44 angelegt, Schritt 130, und der Zyklus wiederholt sich.

Claims

1. Vorrichtung zur Optimierung der Regelung eines Gleichstrommotors, welcher separat erregte Läufer- und Feldwicklungen hat, enthaltend

a) einen Motor, welcher einen Läufer (44), eine Läuferwicklung (La) und eine Feldwicklung (42) hat, wobei diese Wicklungen unabhängig voneinander geregelt werden;

b) Läuferspannungsverstärkungsmittel (86), welche mit dem Läufer (44) des Motors operativ verbunden sind, um eine an ihn angelegte Spannung zu verändern;

c) Läuferstromsensormittel (96), welche mit den Läuferspannungsverstärkungsmitteln (86) operativ verbunden sind, um den Läuferstrom zu messen;

d) Feldstromverstärkungsmittel (90), welche mit der Feldwicklung (42) des Motors operativ verbunden sind, um den auf sie aufgebrachten Strom zu verändern;

e) Feldstromsensormittel (97), welche mit den Feldstromverstärkungsmitteln (90) operativ verbunden sind, um den Feldstrom (If) zu messen; und

f) Motorgeschwindigkeitssensormittel (43), zur Erzeugung eines Signals (Wm), welches die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motorläufers (44) kennzeichnet;

g) Mittel zur Lieferung eines ersten, zu einer gewünschten Motorgeschwindigkeit proportionalen, Referenzsignals (Wmref); und

h) optimierende Regelungsmittel, um das erste Referenzsignal, den gemessenen Läuferstrom (Ia), den gemessenen Feldstrom (If) und das gemessene Umdrehungsgeschwindigkeitssignal (Wm) zu empfangen, um entsprechende Regelsignale den Läuferspannungsverstärkungsmitteln (86) und den Feldstromverstärkungsmitteln (90) zu liefern, um deren Betrieb zu regeln, und welche einen Rückkopplungsregler (66) zur Herleitung einer Konstante 1/k enthalten, wobei k die optimale Verhältniskonstante ist, welche das optimale Verhältnis des Läuferstroms zum Feldstrom kennzeichnet,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Rückkopplungsregler (66) einen Multiplizierer (62) zum Multiplizieren der Konstante 1/k mit einem zweiten Referenzsignal (Ia) umfaßt, welches proportional zu einem gewünschten Läuferstrom ist, um ein drittes Signal zu erzeugen, welches proportional zu einem gewünschten Feldstrom ist und welches auf die Feldstromverstärkungsmittel (90) als ein Referenzfeldstrom (Ifref) aufgebracht wird.

2. Optimierende Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die optimierenden Pegelungsmittel im weiteren Additionsmittel (58) umfassen, welche mit den Rückkopplungsregelungsmitteln (71) operativ verbunden sind, um das Regelungssignal (Wmerr) für die Läuferspannungsverstärkungsmittel (86) zu liefern.

3. Optimierende Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

worin die Feldstromsensormittel ein gemessenes Signal (If) erzeugen, welches auf den Rückkopplungsregler (71) aufgebracht wird.

4. Optimierende Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Motorgeschwindigkeitssensormittel (43) eine Codiereinrichtung (43) zur Erzeugung des gemessenen Umdrehungsgeschwindigkeitssignal (Wm) umfassen, welches auch auf den Rückkopplungsregler (71) aufgebracht wird.

5. Optimierende Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Rückkopplungsregler (71) Mikroprozessormittel einschließlich Software zur Berechnung der optimalen Feldstromregelleistung als Funktion des Läuferstroms (Ia), des gewünschten Läuferstroms und der Konstante 1/k, und zur Berechnung der optimalen Läuferspannungsregelleistung als Funktion der genannten Signale umfaßt, welche die gewünschte Motorgeschwindigkeit (Wmref) und die aktuelle Motorgeschwindigkeit (Wm) kennzeichnen.