EP1642382A1 - Bestimmung der startkommutierung in synchron-servo-antrieben - Google Patents

Bestimmung der startkommutierung in synchron-servo-antrieben

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EP1642382A1
EP1642382A1 EP04738858A EP04738858A EP1642382A1 EP 1642382 A1 EP1642382 A1 EP 1642382A1 EP 04738858 A EP04738858 A EP 04738858A EP 04738858 A EP04738858 A EP 04738858A EP 1642382 A1 EP1642382 A1 EP 1642382A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
angle
current
current control
control circuit
control loop
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04738858A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich BLÖDOW
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fachhochschule Flensburg
Original Assignee
Fachhochschule Flensburg
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Filing date
Publication date
Application filed by Fachhochschule Flensburg filed Critical Fachhochschule Flensburg
Publication of EP1642382A1 publication Critical patent/EP1642382A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/34—Arrangements for starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the start commutation in rotary and linear synchronous and reluctance servo drives with the aid of two coupled control loops.
  • DC machines have a collector and two or more brushes that serve as a commutator.
  • this commutator ensures that the current always flows through the windings in the armature in such a way that the magnetic fields arising from the current attract each other, thus generating a torque and thus causing the motor shaft to rotate.
  • synchronous servo drives which today use direct current machines because of some decisive advantages [approx. 50% smaller construction volume with the same performance, maintenance-free with regard to the brushes u. a. m.] have largely replaced this commutator.
  • This commutator must be simulated in the servo amplifier, a complex electronic system in which the current control, the speed control and the position control of the synchronous servo drive - today almost always implemented with the help of the Clarke-Park transformation.
  • the electronics of the servo amplifier first require the rotor position relative to the stator when switched on, hereinafter referred to as start commutation. This information can be provided by a measuring system with corresponding costs, or the method according to patent DE 196 04 701 Cl is used, which requires additional hardware.
  • EP 0 784 378 A2 discloses a method for initializing the start commutation for a synchronous motor with an incremental encoder, in which a position controller and a current controller are used and with the position controller the motor movement is minimized due to the commutation initialization.
  • a quantity consisting of a moment-forming and a flux-forming component is thus impressed in the direction of the estimated rotor position angle, in that the moment-forming component is zero and the flux-forming component is selected (estimated) at a value greater than zero. If the estimated value of the rotor position angle deviates from the actual rotor position angle, a torque is generated which causes the rotor to move in the direction of the estimated rotor position. In the worst case, an angular movement of the rotor is required which does not allow it to be started from standstill - that is, in the braked state.
  • a disadvantage of the prior art is that the implementation in the form of additional hardware, which has to be adapted in terms of hardware depending on the data of the electric drive, and that the electric machine must be able to carry out an uncontrolled movement in the millimeter range twice, and the methods are thus the brake is not working.
  • Another disadvantage is that the change in position resulting from the uncontrolled movement is retained after the start commutation has been found, and the mathematical equations anyway required in the servo amplifier for vector control via the Clarke-Park transformation are not used to find the start commutation, what the additional hardware effort required.
  • the object of the invention is to provide a simple method that makes it possible to determine the start commutation with minimal dynamic freedom of movement and zero freedom of movement in the final stationary value, using the hardware and software that is already in each vector-controlled electric drive, and after the manufacture of the Start commutation to keep the electric drive in the position by means of the electromotive force in which the electric drive was before starting to find the start commutation.
  • the problem of the rotor-to-stator position, in which no torque is generated, is not eliminated by a second pass, but by introducing an S-shaped signal which is slow relative to the control speed of the angle control loop into the angle control loop.
  • This S-shaped signal can advantageously be implemented electrically as a cosine signal in multiples of 0 to 180 °, the amplitude being shifted to zero at zero degrees.
  • the amplitude initially begins with zero and the slope zero and also ends with the slope zero, which is advantageous for regulation in the angle control loop.
  • the angle control loop regulates this signal immediately, so that the signal appears minimally to the outside, but the problem of the momentless position is surely eliminated.
  • This is a 360-degree rotation of the voltage space vector U ⁇ .
  • the advantage of this procedure is that the current is retained, that is, the axis is still held in the position, and therefore cannot perform any uncontrolled movements.
  • the invention works, except for the measurement of the currents in two lines via an analog-digital converter, which is part of the digital signal controller, exclusively digital, therefore with high immunity to interference and requires no additional hardware components.
  • the minimized Clarke-Park transformation 1 and 2 is linked with two control loops.
  • the software present in the servo amplifier is used for the two control loops and the Clarke-Park transformation, and the hardware present in the servo amplifier is used for signal detection [angle and the two currents].
  • the two control loops consist of a current control loop with ramp-shaped setpoint specification and an angle control loop.
  • the current control loop applies a signal iQ 20 to the angle control loop.
  • the angle control loop which is designed to react much faster than the signal 20 coming from the current control loop, ensures that the signal 20 applied by the current control loop is corrected by rotation of the magnetic field and that The shaft of the electric drive 16, after which the control process is ended, is regulated to exactly the same position that the electrical drive had at the start of the control process and is held there.
  • the current control loop thus provides the angle control loop with a slowly increasing signal 20, which the angle control loop, because it is designed to be dynamically much faster, adjusts it by adjusting the angle of the electromagnetic field 21 so that the mechanical angle remains constant in the stationary end value.
  • the angle of the electromagnetic field 21 is the desired output variable.
  • the structural diagram shown in FIG. 1 gives an insight into the manner in which the invention is implemented.
  • the electrical machine 16 synchronous motor or linear drive] with an incremental encoder is fed via the three lines 19.
  • the output variable 17 of the incremental encoder contains two signals offset by 90 °, which are converted into a relative position in the QEP counter 13 [Quadrature Encoder Pulse Circuit]. This relative position is the actual angle value 10 for the angle control loop.
  • the angle setpoint 8 and the actual angle value 10 are set to the same value when starting the start commutation.
  • the angle controller 9 which is adapted to each drive and is usually designed as a PI controller without permanent control deviation
  • the angle difference 24, ie the position of the axis of the electric drive or the position of the rotor of the linear drive are held in the same position
  • the output variable of the angle regulator 25 is summed with the S-shaped signal 11, which is generated in the S-signal generator 12.
  • the result of the summation is the desired quantity ⁇ , the commutation angle, which corresponds to the end of the process [approx. 700 ms] is provided with an offset which determines the direction of rotation of the motor or the direction of movement of the linear drive.
  • the angle variable ⁇ is converted together with the output iQ of the current regulator 20 into the inverse minimized Clarke-Park transformation 2 [s. Equations 2a, 2b, 2c], which outputs the three known phases U, V, W into the pulse-width modulator 23 from the two input variables ⁇ and iQ.
  • the output variables of the pulse-width modulator 23 are correspondingly amplified in the power section 15 and applied to the three motor phases 19. The closed-loop control loop is thus closed.
  • the current control loop obtains its current actual value 6 from the two current measurement signals 18, which are digitally converted in the analog-digital converter 22 and fed to the minimized Clarke-Park transformation 1. Another important input variable in this current control loop is the commutation angle ⁇ .
  • the output variable of the minimized Clarke-Park transformation 1 iM 6 [see equation (1)] represents the current actual value 6 of the current control.
  • the current setpoint 5 is generated in the limited integrator 4, which is used when starting to find the commutation with a constant start signal 3 is applied. With this start signal 3, the duration of the start commutation can advantageously be set without hardware changes.
  • This current generates a moment or a force which leads to a minimal movement, which is however recognized by the angle control loop via the electric drive 17 and the QEP counter 13 [Quadrature Encoder Pulse Circuit] and is corrected immediately with the aid of the angle controller 9.
  • the QEP counter with two input variables, the analog-digital converter and the pulse width modulation unit are part of every digital control of three-phase drives.
  • the border 14 represents the digital signal processors with integrated peri pherie, which are used for the control of three-phase drives. Furthermore, the freedom of movement of the motor shaft or the rotor of the linear drive, which must necessarily be present, is so small that the start commutation even when the motor shaft is blocked [brake active], solely due to the torsion of the shaft [in the ⁇ m range] , or in the case of linear drives by twisting the guide strand, is reliably found.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Verfahren zur Bewirkung der Startkommutierung von Synchron-Servo-Antrieben mittels zweier verkoppelter Regelkreise, eines Stromregelkreises sowie eines Winkelregelkreises, wobei über eine mit diesen verknüpfte minimierte Clarke-Park-Transformation (1, 2) eine Kopplung des Stromregelkreises über den Querstrom iQ erfolgt und eine Kopplung des Winkelregelkreises zum Stromregelkreises über den Feldwinkel α erfolgt, die mit dem Stromregelkreis verknüpfte Clarke-Park-Transformation (1) als Eingang zwei Phasenströme (iU, iV) und den Feldwinkel α und als Ausgang den Motorstromverktor iM beinhaltet, die mit der Winkelregelung verknüpfte Clarke-Park-Transformation (2) als Eingang den Feldwinkel α und den Querstrom iQ und als Ausgang die Strangspannungen uU, uV, uW beinhaltet, der Winkelregelkreis ein inkrementelles Positionssensorsignal (13) beinhaltet, der Stromregelung (7) ein rampenförmiger Sollwert (5) vorgeben ist, der Winkelregelung (9) ein konstanter Winkelsollwert (8) vorgegeben ist, die in ihrer Dynamik gegenüber der Dynamik der Stromregelung (7) schneller ausgelegte Winkelregelung (9) das durch die Stromregelung (7) beaufschlagte Signal (20) duch Drehung des Magnetfeldes ausgeregelt, die in allen Lagen notwendige Steuerbarkeit des Verfahrens durch die Eingabe eines S-förmigen Störgrössensignals (11) in die Winkelregelung (9) hergestellt wird, und die Welle des elektrischen Antriebes (16) in ihrer Position während der Initialisierung der Strartkommutierung mechanism feststellbar ist und nach der Initialisierung der Stratkommutierung exakt auf die gleiche Position, wie zu deren Beginn, geregelt wird.

Description

Bestimmung der Startkommutierung in Synchron-Servo-Antrieben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Startkommutierung in rotatori- schen wie linearen Synchron- und Reluktanz-Servo-Antrieben mit Hilfe zweier gekoppelter Regelkreise.
Gleichstrom-Maschinen besitzen einen Kollektor und zwei oder mehrere Bürsten die als Stromwender [Kommutator] dienen. Dieser Kommutator sorgt in der Gleichstrom- Maschine dafür, dass der Strom stets so durch die Wicklungen im Anker fließt, dass sich die aus dem Strom entstehenden Magnetfelder anziehen, damit ein Drehmoment erzeugen und so die Motorwelle in Drehung versetzen. Bei Synchron-Servo-Antrieben, die heute die Gleichstrommaschinen wegen einiger entscheidender Vorteile [ca. 50% kleineres Bauvolumen bei gleicher Leistung, wartungsfrei hinsichtlich der Bürsten u. a. m.] wei- testgehend verdrängt haben, fehlt dieser Kommutator. Dieser Kommutator muss in dem Servo-Nerstärker, einer komplexen Elektronik, in dem auch die Stromregelung, die Dreh- zahlregelung und Positionsreglung des Synchron-Servo-Antriebes - heute nahezu stets mit Hilfe der Clarke-Park-Transformation realisiert - nachgebildet werden. Zur Nachbildung des Kommutators benötigt die Elektronik des Servo-Verstärkers beim Einschalten zunächst die Rotorposition relativ zum Stator, im Folgenden Startkommutierung genannt. Diese Information kann ein Messsystem mit entsprechenden Kosten liefern, oder es wird das Verfahren nach Patent DE 196 04 701 Cl eingesetzt, das zusätzliche Hardware benötigt.
Weiter ist aus der EP 0 784 378 A2 ein Verfahren zur Initialisierung der Startkommutierung für einen Synchronmotor mit Inkrementalgeber bekannt, bei dem ein Lageregler und ein Stromregler verwendet werden und mit dem Lageregler die Motorbewegung auf Grund der Kommutierungsinitialisierung minimiert wird. Es wird also eine aus momentbildender und flussbildender Komponente bestehende Größe in Richtung des geschätzten Rotorlagewinkels eingeprägt, indem die momentanbildende Komponente zu null und die flussbildende Komponente zu einem Wert größer null gewählt (geschätzt) wird. Im Falle einer Abweichung des Schätzwertes des Rotorlagewinkels vom tatsächlichen Rotorlagewinkel wird ein Drehmoment erzeugt, welches eine Bewegung des Rotors in Richtung auf die geschätzte Rotorlage hervorruft. Es ist also im ungünstigen Schätzfall eine Winkelbewegung des Rotors erforderlich, die es nicht erlaubt, ihn aus dem Stillstand - also im festgebremsten Zustand - zu starten.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die Realisierung in Form einer zusätzlichen Hardware, die je nach Daten des elektrischen Antriebes, hardwaremäßig angepasst werden muss, und dass die elektrische Maschine zweimal eine unkontrollierte Bewegung im Millimeterbereich ausfuhren können muss, und damit sind die Verfahren bei angezogener Bremse nicht funktionstüchtig. Weiterhin nachteilig ist, dass die aus der unkontrollierten Bewegung resultierende Positionsänderung nach der Findung der Startkommutierung erhalten bleibt, und die in dem Servoverstärker ohnehin für eine Vektorregelung über die Clarke-Park-Transformation notwendigen implementierten mathematischen Gleichungen nicht für die Findung der Startkommutierung benutzt werden, was den zusätzlichen Hardwareaufwand erforderlich macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, bei minimaler dynamischer Bewegungsfreiheit und null Bewegungsfreiheit im stationären Endwert, unter Ausnutzung der ohnehin in jedem vektorkontrollierten elektrischen Antrieb befindlichen Hard- und Software, die Startkommutierung zu ermitteln und nach Herstellung der Startkommutierung den elektrischen Antrieb mittels der elektromotorischen Kraft in der Stellung zu halten, in der sich der elektrische Antrieb vor dem Start zur Findung der Startkommutierung befand.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Dies ist z. B. bei Werkzeugmaschinen mit einer Z-Achse von besonderer Wichtigkeit, da diese mit Vorteil nicht mehr durch Gegengewichte oder Federn, die die Dynamik der Maschine negativ beeinflussen, an unkontrollierten Bewegungen gehindert werden, sondern die ohnehin vorhandene Bremse bleibt während des Startkommutierungs-Suchvorganges aktiv [„hält die Achse fest"] und kann dann, da der Antrieb jetzt fiinktionstüchtig ist und über die Regelung in der Position gehalten wird, gelöst werden, ohne dass die Achse unkontrollierte Bewegungen ausführt. Die Erfindung ist robust gegenüber Schwankungen der Zwischenkreisspannung, da der Strom geregelt wird, und somit Schwankungen in der Zwischenkreisspannung als Störgröße des Stromregelkreises gewertet werden, die somit ausgeregelt werden.
Das Problem der Stellung von Läufer zu Stator, in der kein Moment erzeugt wird, wird nicht durch einen zweiten Durchlauf beseitigt, sondern durch Einbringen eines relativ zur Regelgeschwindigkeit des Winkelregelkreises langsamen S-formigen Signals in den Winkelregelkreis. Dieses S-formige Signal ist vorteilhaft als Kosinussignal in Vielfachen von 0 auf 180° elektrisch zu realisieren, wobei die Amplitude bei Null-Grad auf Null verschoben ist. Somit beginnt die Amplitude zunächst mit Null und der Steigung Null und endet auch mit der Steigung Null, was vorteilhaft für Ausregelung im Winkelregelkreis ist. Der Winkelregelkreis regelt dieses Signal sofort wieder aus, so dass das Signal nach außen hin minimal in Erscheinung tritt, das Problem der momentenlosen Stellung jedoch sicher beseitigt ist. Es handelt sich also hierbei um eine 360-Grad Drehung des Spannungsraumzeigers Uα. Von Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass der Strom erhalten bleibt, also die Achse weiterhin in der Position gehalten wird, und somit keine unkontrollierten Bewegungen ausführen kann.
Die Erfindung arbeitet, bis auf die Messung der Ströme in zwei Leitungen über einen Analog-Digital- Wandler, der Bestandteil des Digitalen-Signal-Controller ist, ausschließlich digital, dadurch mit hoher Störfestigkeit und benötigt keine zusätzlichen Hardwarekomponenten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur die Struktur des Regel Verfahrens.
Die minimierte Clarke-Park-Transformation 1 und 2 wird mit zwei Regelkreisen verknüpft. Es wird für die zwei Regelkreise und die Clarke-Park-Transformation die in dem Servoverstärker vorhandene Software und für die Signalerfassung [Winkel und die beiden Ströme] die in dem Servoverstärker vorhandene Hardware benutzt. Die zwei Regelkreise bestehen aus einem Stromregelkreis mit rampenformiger Sollwertvorgabe und einem Winkelregelkreis. Der Stromregelkreis beaufschlagt den Winkelregelkreis mit einem Signal iQ 20. Der Winkelregelkreis, der dynamisch gegenüber dem aus dem Stromregelkreis kommenden Signal 20 wesentlich schneller reagierend ausgelegt ist, sorgt dafür, dass das durch den Stromregelkreis aufgebrachte Signal 20 durch Drehung des Magnetfeldes ausgeregelt wird und dass die Welle des elektrischen Antriebes 16, nach dem der Regelvorgang beendet ist, exakt auf die gleiche Position geregelt wird, die der elektrische Antrieb zum Beginn des Regelvorganges aufwies, und dort festgehalten wird.
Der Stromregelkreis gibt also dem Winkelregelkreis ein langsam ansteigendes Signal 20 vor, das der Winkelregelkreis, weil er dynamisch wesentlich schneller ausgelegt ist, ausregelt, in dem er den Winkel des elektromagnetischen Feldes 21 so verstellt, dass der mechanische Winkel im stationären Endwert konstant bleibt. Der Winkel des elektromagnetischen Feldes 21 ist die gesuchte Ausgangsgröße.
Die Gleichungen der minimierten Clarke-Park-Transformation lauten: iM = - sin( a ) • iu + cos(
(2a)
% = ~ΪQ ' sin(o-)
uv = -- ■ (- iQ ■ sin(α))+ — • (iQ ■ cos( )) (2b)
% ' cos(α)) (2c)
Das in Fig. 1 gezeigte Strukturbild gibt den Einblick in die Art der Realisierung der Erfindung. Die elektrische Maschine 16 [Synchron-Motor oder Linear- Antrieb] mit inkre- mentalem Geber wird über die drei Leitungen 19 gespeist. Die Ausgangsgröße 17 des In- krementalgebers beinhaltet zwei um 90° versetzte Signale, die in dem QEP-Zähler 13 [Quadrature Encoder Pulse Circuit] in eine relative Position gewandelt werden. Diese relative Position ist der Winkel-Istwert 10 für den Winkelregelkreis. Der Winkel-Sollwert 8 und der Winkel-Istwert 10 werden beim Start der Startkommutierungsfindung auf einen gleichen Wert vorgesetzt. Weicht der Winkel-Istwert 10 vom Winkel-Sollwert 8 ab, so regelt der Winkelregler 9, der an jedem Antrieb angepasst ist und meist als PI-Regler ausgelegt ist ohne bleibende Regelabweichung die Winkeldifferenz 24 aus, d. h. die Stellung der Achse des elektrischen Antriebes oder die Stellung des Läufers des Linear-Antriebes werden in der gleichen Position gehalten. Die Ausgangsgröße des Winkelreglers 25 wird mit dem S-formigen Signal 11, das in dem S-Signalgenerator 12 erzeugt wird, summiert. Das Ergebnis der Summation ist die gesuchte Größe α, der Kommutierungswinkel, der dem Ende des Vorganges [ca. 700 ms] mit einem Offset versehen wird, der die Drehrichtung des Motors bzw. die Bewegungsrichtung des Linear-Antriebes bestimmt. Die Winkelgröße α wird zusammen mit dem Ausgang iQ des Stromreglers 20 in die inverse minimierte Clarke-Park-Transformation 2 [s. Gleichungen 2a, 2b, 2c] geleitet, die aus den beiden Eingangsgrößen α und iQ die drei bekannten Phasen U, V, W in den Puls-Weiten- Modulator 23 gibt. Die Ausgangsgrößen des Puls-Weiten-Modulator 23 werden im Leistungsteil 15 entsprechend verstärkt und auf die drei Motorphasen 19 gegeben. Damit ist der Winkelregelkreis geschlossen.
Der Stromregelkreis bezieht seinen Strom-Istwert 6 aus den zwei Strommesssignalen 18, die im Analog-Digital- Wandler 22 digital gewandelt und der minimierten Clarke-Park- Transformation 1 zugeführt werden. Als weitere wichtige Eingangsgröße in diesen Stromregelkreis ist der Kommutierungswinkel α. Die Ausgangsgröße der minimierten Clarke- Park-Transformation 1 iM 6 [s.Gleichung (1)], stellt den Strom-Istwert 6 der Stromregelung dar. Der Strom-Sollwert 5 wird im begrenzten Integrator 4 erzeugt, der beim Start zur Kommutierungsfindung mit einem konstanten Startsignal 3 beaufschlagt wird. Mit diesem Startsignal 3 kann mit Vorteil die Zeitdauer der Startkommutierungsfindung ohne Hardwareänderungen eingestellt werden. Nun gelangt die Differenz des Strom-Sollwertes 5 und des Strom-Istwertes 6 in den Stromregler 7 dessen Ausgangsgröße iQ 20 als weitere Signaleingangsgröße in den Winkelregelkreis geführt wird, und über die inverse minimierte Clarke-Park-Transformation 2, über den Puls- Weiten-Modulator 23 und das Leistungsteil 15 dem elektrischen Antrieb 16 entsprechend der Strom-Sollwertvorgabe 5 ansteigenden Strom vorgibt. Dieser Strom erzeugt ein Moment bzw. eine Kraft die zu einer minimalen Bewegung führt, die jedoch vom Winkelregelkreis über den elektrischen Antrieb 17 und den QEP-Zähler 13 [Quadrature Encoder Pulse Circuit] erkannt wird und mit Hilfe des Winkelreglers 9 sofort korrigiert wird.
Der QEP-Zähler mit zwei Eingangsgrößen, der Analog-Digital- Wandler und die Puls- Weiten-Modulationseinheit sind Bestandteile jeder digitalen Regelung von Drehstrom- Antrieben. Die Umrandung 14 stellt die digitalen Signalprozessoren mit integrierter Peri- pherie dar, die für die Regelung von Drehstromantrieben eingesetzt werden. Weiterhin ist die Bewegungsfreiheit der Motorwelle bzw. des Läufers des Linearantriebes, die notwendiger Weise vorhanden sein muss, so gering, dass die Startkommutierung auch bei blok- kierter Motorwelle [Bremse aktiv], allein auf Grund der Torsion der Welle [im μm- Bereich], bzw. bei Linearantrieben durch Verwindung des Führungsstranges, sicher gefunden wird.
Bezugszeichenliste :
1 minimierter Clarke-Park-Transformation [Gleichung 1]
2 minimierter inverse Clarke-Park-Transformation siehe [Gleichungen 2a, 2b, 2c]
3 Startsignal
4 begrenzter Integrator
5 Strom-Sollwert
6 Strom-Istwert
7 Stromregler
8 konstanter Sollwert für den Winkelregelkreis
9 Winkelregler
10 mechanischer Winkel-Istwert
11 S-formiges Störsignal (verschobenes Kosinussignal)
12 S-Signalgenerator
13 QEP-Zähler [Quadrature Encoder Pulse Circuit]
14 DSP-Controller [Digitaler Signalprozessor mit Peripherie auf einem Silizium-Chip]
15 digital geschaltetes Leistungsteil mit 6 Leitungshalbleitern
16 Synchron-Motor mit inkrementalem Geber
17 zwei Signalleitengen des inkrementalen Gebers
18 Strommesssignale
19 Die drei Anschlussleitungen [Phasen] für den elektrischen Antrieb
20 Ausgangsgröße des Stromreglers
21 gesuchter elektrischer Kommutierungswinkel
22 Analog-Digital- Wandler
23 Puls- Weiten-Modulator
24 Winkeldifferenz, Eingang in den Winkelregler
25 Ausgangssignal des Winkelgebers

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bewirkung der Startkommutierung von Synchron-Servo-Antrieben mittels zweier verkoppelter Regelkreise:
eines Stromregelkreises sowie eines Winkelregelkreises, wobei über eine mit diesen verknüpfte minimierte Clarke-Park-Transformation (1, 2) eine Kopplung des Stromregelkreises über den Querstrom iQ erfolgt und eine Kopplung des Winkelregelkreises zum Stromregelkreises über den Feldwinkel α erfolgt, die mit dem Stromregelkreis verknüpfte Clarke-Park-Transformation (1) als Eingang zwei Phasenströme (iU, iV) und den Feldwinkel α und als Ausgang den Motorstromvektor iM beinhaltet, die mit der Winkelregelung verknüpfte Clarke-Park-Transformation (2) als Eingang den Feldwinkel α und den Querstrom iQ und als Ausgang die Strangspannungen uU, uV, uW beinhaltet, der Winkelregelkreis ein inkrementelles Positionssensorsignal (13) beinhaltet, der Stromregelung (7) ein rampenformiger Sollwert (5) vorgeben ist, der Winkelregelung (9) ein konstanter Wi kelsollwert (8) vorgegeben ist, die in ihrer Dynamik gegenüber der Dynamik der Stromregelung (7) schneller ausgelegte Winkelregelung (9) das durch die Stromregelung (7) beaufschlagte Signal (20) durch Drehung des Magnetfeldes ausgeregelt, die in allen Lagen notwendige Steuerbarkeit des Verfahrens durch die Eingabe eines S-formigen Störgrößensignals (11) in die Winkelregelung (9) hergestellt wird, und die Welle des elektrischen Antriebes (16) in ihrer Position während der Initialisierung der Startkommutierung mechanisch feststellbar ist und nach der Initialisierung der Startkommutierung exakt auf die gleiche Position, wie zu deren Beginn, geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelregelung (7) den Endwert des mechanischen Winkels (10) durch Verstellen des Winkels des elektromagnetischen Feldes (21) konstant hält.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des elektromagnetischen Feldes (21) die gesuchte Ausgangsgröße (25) für den Regelvorgang ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung eines DSP-Controllers.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine potentialfreie Strommessung in den Motorleistungskabeln.
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