PT2111569E

PT2111569E - Processo de regulação e dispositivo de regulação com recondução multi-canal

Info

Publication number: PT2111569E
Application number: PT08774952T
Authority: PT
Inventors: Jens Onno Krah
Original assignee: Beckhoff Automation Gmbh
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-09-07
Also published as: EP2111569B1; WO2009007407A1; ATE475120T1; CN101743521B; ES2347500T3; CN101743521A; US8203300B2; EP2111569A1; DE102007032484A1; DE502008000989D1; JP5513374B2; US20100141198A1; JP2010528385A

Description

DESCRIÇÃO

"PROCESSO DE REGULAÇÃO E DISPOSITIVO DE REGULAÇÃO COM RECONDUÇÃO MULTI—CANAL" A invenção refere-se a um processo de regulação, em particular a um processo de regulação de corrente eléctrica para cargas indutivas, como por exemplo motores servo. 0 processo de regulação destaca-se por uma análise de dois ou mais canais da grandeza de regulação, com a qual pode ser realizada uma regulação rápida e precisa. A regulação realizada, de um modo preferido, com o auxilio da modulação de impulsos longos, apresenta uma elevada eliminação de perturbações e, simultaneamente, uma elevada largura de banda. A invenção refere-se também a um correspondente dispositivo de regulação com uma recondução de dois ou mais canais.

Muitos processos técnicos exigem a manutenção de uma grandeza de regulação num valor de referência previamente definido por uma grandeza de condução. São para este efeito utilizados sistemas de regulação em que a grandeza de regulação é recolhida de forma contínua, comparada com a grandeza de condução e, em função desta comparação, ajustada através de um correspondente ajustamento de uma grandeza de ajustamento, no sentido de uma aproximação à grandeza de condução. A evolução de efeito daí resultante tem lugar num circuito de regulação fechado. Em função da respectiva aplicação, enquanto grandeza de regulação podem ser equacionadas diferentes grandezas físicas, por exemplo pressão, temperatura, número de rotações, 1 velocidade, tensão eléctrica, intensidade de corrente eléctrica, etc. Os componentes, característicos para um circuito de regulação fechado e necessários para a evolução de efeito, por exemplo dispositivo de medição, de comparação, de regulação ou de ajustamento, podem consoante a aplicação, resultar neste caso muito diferentes. Excluindo algumas poucas excepções, os sistemas de regulação modernos são realizados praticamente exclusivamente em termos de tecnologia de circuitos. Isto acontece sobretudo com sistemas de regulação mais complexos. 0 espectro destes sistemas de regulação abrange neste caso desde simples circuitos de regulação analógicos, até reguladores digitais. Para além de uma solução de tecnologia de circuitos, pode ser realizado um algoritmo de regulação digital também na forma de um programa, gue corre sobre um microprocessador ou num módulo (FPGA) programável. Por causa do processamento de sinal digital e da possibilidade de modificação a este associada, um regulador digital é particularmente bem adequado para tarefas de regulação mais complexas, em que interessa uma precisão particularmente elevada e parâmetros a serem reproduzidos de forma exacta.

No caso dos reguladores, entre outros pode distinguir-se entre reguladores contínuos e reguladores de amostragem. Um regulador analógico representa um típico regulador contínuo. Visto que o algoritmo de regulação analógico pode na prática reagir sem atrasos a alterações da grandeza de entrada e aplicar uma correspondente grandeza de saída na sua saída, grandezas de entrada e de saída deste tipo de regulação consistem de modo característico em sinais contínuos. De forma diferente desta, no caso de um regulador digital trata-se de um regulador de amostragem. A sua função de transmissão é realizada através de 2 uma sequência de operações aritméticas, que são realizadas de forma sucessiva. Por causa do tempo de cálculo necessário para o algoritmo de regulação, ocorre um atraso temporal entre a recolha da grandeza de entrada e a disponibilização da grandeza de saída. Visto que durante a realização do algoritmo de regulação, tipicamente não tem lugar qualquer nova recolha e cálculo da grandeza de entrada, a grandeza de regulação é recolhida, não de forma contínua, mas antes apenas em determinados instantes no tempo de amostragem. Por conseguinte, a amostragem digital fornece sinais descontínuos, discretos no tempo, sendo que a grandeza de sinal apenas se encontra disponível em instantes discretos no tempo. 0 tempo entre dois instantes no tempo de amostragem sucessivos entre si (período de ciclo Ta) determina a taxa de amostragem, ou a frequência fA de amostragem. Uma elevada taxa de amostragem é necessária de modo a poder recolher também partes de sinal de elevada frequência da grandeza de regulação. 0 limite superior da taxa de amostragem característico para um regulador digital é em primeiro lugar determinado pelo tempo de cálculo necessário para o algoritmo de cálculo. Ele depende deste modo da velocidade de cálculo do microprocessador utilizado, micro-controlador, ou do FPGA.

Para a realização de um sistema de regulação são necessários reguladores que apresentem um comportamento de regulação adaptado à respectiva aplicação. Para este efeito existe uma série de elementos de regulação simples cujas propriedades de regulação características se podem em cada caso descrever por meio de funções de transmissão elementares. Através da combinação de diversos elementos de regulação deste tipo podem ser formados reguladores mais complexos, cujo comportamento de 3 regulação pode ser melhor ajustado aos requisitos da respectiva aplicação.

Uma típica combinação de regulação é representada por exemplo, pelo regulador PI. Este tipo de regulador compreende um regulador proporcional e um regulador integral ligado em paralelo àquele. Enquanto o elemento proporcional multiplica o valor de entrada por um factor fixo, o elemento integral realiza uma integração temporal parametrizável do desvio de regulação. 0 regulador proporcional relativamente rápido forma neste caso um bom complemento do regulador integral que reage sobretudo a desvios de regulação de mais longa duração. Visto que o regulador PI reúne em si as características de regulação de ambos os seus componentes, ele pode tanto reagir relativamente depressa a alterações da grandeza de regulação ou de condução, como também realizar pequenos desvios de regulação estáticos de forma estacionária para zero. Um tal comportamento de regulação é pretendido em muitas aplicações técnicas, o que representa entre outros aspectos o motivo para uma larga divulgação deste tipo de regulador.

Um campo de aplicação muito importante do regulador PI é representado pela regulação de corrente eléctrica de mecanismos de accionamento eléctricos. Tais mecanismos de accionamento apresentam como componente central um motor eléctrico enquanto conversor de energia que converte a energia eléctrica que lhe é fornecida em energia mecânica. Um motor rotativo coloca a energia mecânica à disposição de um veio de motor enquanto movimento de rotação, enquanto um motor linear coloca esta à disposição enquanto translação num carro móvel. Dependendo da energia eléctrica fornecia, ocorre neste caso no veio de motor, 4 ou no carro de motor, um determinado momento de rotação, ou uma determinada força, respectivamente, depois do que o veio de motor, ou o carro de motor, realiza um movimento em função das forças opostas aplicadas. De modo a controlar este movimento, o mecanismo de accionamento eléctrico apresenta um dispositivo de regulação de corrente eléctrica que liga um circuito de regulação central a um controlo de mecanismo de accionamento. Com o auxílio do dispositivo de regulação de corrente eléctrica, montado de um modo preferido com base num regulador PI, é directamente influenciada a corrente eléctrica que circula através da bobina de motor e, deste modo, a energia mecânica fornecida pelo motor eléctrico. De modo a dividir a energia eléctrica fornecida ao motor eléctrico em porções, é utilizado um dispositivo de ajustamento. Com a ajuda deste é possível regular as forças que actuam no veio de motor, ou no carro de motor, de forma correspondente ao padrão do regulador PI. Dispositivos de regulação de modernos mecanismos de accionamento eléctricos utilizam semicondutores de potência, como por exemplo transístores de potência, através dos quais o fornecimento de energia eléctrica ao motor pode ser ligado e desligado.

Mecanismos de accionamento regulados em termos de posição e, em particular, os mecanismos de servo-accionamento utilizados na produção industrial, necessitam de uma regulação de corrente eléctrica muito precisa, de modo a poder controlar o momento de rotação, ou a força, e o movimento do servo-motor daí resultante de forma precisa. Uma regulação de corrente eléctrica rápida e precisa é ainda necessária para uma elevada resistência do mecanismo de accionamento e elevados reforços de circuito de um circuito de regulação de número de rotações sobreposto. Com o auxílio de uma regulação de corrente eléctrica precisa, também 5 podem ser utilizados pré-controlos de forma eficiente. Falhas de corrente eléctrica, ou de momento de rotação que possam eventualmente ter lugar, não têm então que ser primeiro compensadas pelo regulador de número de rotações mais lento.

Visto que para uma reacção rápida do circuito de regulação a oscilações da grandeza de regulação, é necessário o conhecimento exacto do actual valor instantâneo da grandeza de regulação, a rapidez e a precisão da recolha de valor instantâneo é uma propriedade extraordinariamente importante do circuito de regulação. Para a recolha do valor instantâneo da grandeza de regulação podem ser fundamentalmente utilizados diferentes métodos de medição, sendo que os métodos de medição individuais se diferenciam em parte claramente em relação à sua precisão e rapidez. Para além da recolha de grandezas de regulação em continuo, que é sobretudo caracteristica para reguladores analógicos, a grandeza de regulação também pode ser recolhida de forma descontínua com o auxílio de um processo de amostragem. Em particular no caso de reguladores digitais, é habitual a amostragem da grandeza de regulação com uma frequência de amostragem predefinida pelo ciclo de funcionamento do regulador.

Aquando da amostragem da grandeza de regulação, deve ser no entanto considerado o teorema de amostragem, de modo a evitar possíveis erros de medição através de partes de elevada frequência do sinal de medição. Proporcionam-se para este efeito diferentes possibilidades. A grandeza de regulação pode, por um lado, ser delimitada em banda com o auxílio de um filtro passa-baixo de redução do efeito de escada. Neste caso são filtrados partes de elevada frequência do sinal de medição. No entanto, este método não se adequa, por causa do desfasamento de 6 fase que a ele associado, para qualquer aplicação. As partes de elevada frequência podem ainda ser impedidas através de um apuramento de média dos valores de medição ao longo de um periodo de tempo adequado. Enquanto periodo de tempo adequado proporciona-se, em particular no caso de um processo de regulação que trabalhe com o auxilio de uma modulação pulsada, como por exemplo uma modulação de pulsos longos (PWM), um periodo de comutação da modulação pulsada. No entanto, o tempo morto adicional associado ao apuramento do valor médio traz consigo de igual modo um desfasamento de fase indesejável. Finalmente, a grandeza de regulação também pode, no caso de um processo de regulação que utilize uma modulação pulsada para o ajustamento da grandeza de regulação, ser amostrada de forma sincronizada com a modulação pulsada. Este método de medição é no entanto dependente da existência e do conhecimento de determinados instantes no tempo da grandeza de regulação livres de oscilações superiores, o que o torna também muito propenso a perturbações. A partir do documento WO 2005/111402 A é conhecido um processo de regulação e um dispositivo de regulação com as caracteristicas do conceito genérico da reivindicação 1. Um estado da técnica adicional é descrito no documento US 2006/022657 Al, no documento DE 4000663 Cl, no documento DE 102005023453 Al e no documento DE 19961798 Al. O objectivo da invenção é o de disponibilizar um processo de regulação mais preciso e um dispositivo de regulação mais preciso. 7

Este objectivo é resolvido através de um processo de regulação de acordo com a reivindicação 1 e de um dispositivo de regulação de acordo com a reivindicação 12. Outras formas de realização vantajosas da invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes.

De acordo com a invenção é previsto um processo de regulação em que uma primeira grandeza de recondução é determinada através de amostragem de uma grandeza de regulação com uma determinada frequência de amostragem, sendo que o valor instantâneo da grandeza de regulação é em cada caso recolhido num instante no tempo predeterminado pela frequência de amostragem, e é colocado à disposição enquanto primeira grandeza de regulação. Um primeiro desvio de regulação é em seguida determinado através de uma comparação da primeira grandeza de recondução com uma grandeza de condução. Com o auxilio de um primeiro regulador é então formada uma primeira grandeza de sarda de regulador individual a partir do primeiro desvio de regulação. É ainda determinada uma segunda grandeza de recondução através de apuramento de média da grandeza de regulação ao longo de um periodo de tempo, sendo que o valor instantâneo da grandeza de regulação é recolhido, por exemplo, ao longo da totalidade do ciclo de amostragem, e é formado um valor médio dos valores instantâneos recolhidos neste periodo de tempo, que é colocado à disposição enquanto segunda grandeza de recondução. Em seguida é determinado um segundo desvio de regulação através de uma comparação da segunda grandeza de recondução com a grandeza de condução. A partir do segundo desvio de regulação apurado deste modo, é formada uma segunda grandeza de saída de regulador individual. Finalmente, a partir da soma de ambas as grandezas de saída de regulador individual é formada uma grandeza de saída 8 de regulador que é utilizada para o ajustamento da grandeza de regulação, de modo que a grandeza de regulação segue a grandeza de condução. É neste caso vantajoso que, através da combinação de ambos os métodos de medição, ficam à disposição dois valores de medição diferentes do valor instantâneo da grandeza de regulação que se diferenciam claramente um do outro em relação às propriedades precisão e rapidez. Enquanto a amostragem fornece valores de medição muito actuais e, deste modo, possibilita uma regulação rápida sem tempo morto adicional, através da formação do valor médio é possível um impedimento de perturbações de alta frequência e, deste modo, um valor de medição preciso. Na medida em que ambos os valores de medição são colocados à disposição enquanto grandezas de recondução separadas de dois elementos de regulação diferentes, pode ser optimizado o comportamento de regulação de cada elemento de regulação e, deste modo, também o do regulador no seu conjunto.

Numa forma de realização vantajosa da invenção, é previsto que a primeira grandeza de regulador individual seja formada com o auxílio de um regulador proporcional. Para além disso, a segunda grandeza de saída de regulador individual deve ser formada a partir do segundo desvio de regulação com o auxílio de um regulador integral. Através da utilização de um regulador proporcional enquanto primeiro regulador, encontra-se à disposição deste tipo de regulador rápido o primeiro desvio de regulação actual conseguido com o auxílio da amostragem. Pelo contrário, um valor muito preciso para o desvio de regulação encontra-se à disposição do segundo regulador. No caso da utilização de um regulador integral, a precisão deste tipo de regulador pode ser ainda mais aumentada. Através da optimização de ambos os reguladores individuais podem ser utilizadas as 9 vantagens de ambos os reguladores. 0 regulador combinado apresenta deste modo as vantagens de ambos os métodos de medição/tipos de regulador, sendo gue as desvantagens de ambos os métodos de medição/reguladores individuais são no essencial compensadas.

Uma forma de realização vantajosa da invenção prevê que a segunda grandeza de recondução seja determinada através de uma integração do valor instantâneo da grandeza de regulação ao longo de um período de tempo, como por exemplo um período de comutação PWM. A integração permite uma formação particularmente rápida do valor médio, a qual pode ser para além disso realizada de forma relativamente simples.

Numa outra forma de realização vantajosa da invenção, a grandeza de regulação é ajustada por meio de uma grandeza de ajustamento, cadenciada com uma frequência de comutação. Neste caso, a amostragem da grandeza de regulação decorre com o dobro da frequência de comutação.

Além disso, o valor médio da grandeza de regulação é formado ao longo de um período de tempo que corresponde a um período de comutação predefinido através da frequência de comutação. Ambos os métodos são adequados para reduzir tais erros de medição que ocorrem por causa das oscilações superiores resultantes na grandeza de regulação a partir da cadenciação da grandeza de ajustamento em termos de relógio. É vantajoso quando a amostragem da grandeza de regulação decorre de forma sincronizada com o sinal de ciclo, com o auxílio do qual a grandeza de regulação é cadenciada. É desta forma possível de modo particularmente simples, realizar a amostragem em instantes 10 no tempo que são livres de oscilações superiores. Isto permite por seu lado medições mais precisas.

Uma outra forma de realização vantajosa da invenção prevê que a cadenciação da grandeza de ajustamento decorra com o auxilio de uma modulação de impulsos longos. A modulação de impulsos longos adequa-se particularmente bem ao ajustamento de uma grandeza de ajustamento, como por exemplo, a tensão eléctrica de motor. A frequência de comutação fixa tipicamente utilizada para a modulação de impulsos longos possibilita, juntamente com as medidas acima referidas, uma medição particularmente precisa da grandeza de regulação. Visto que a modulação de impulsos longos trabalha sempre com um número limitado de estados de comutação, através da utilização de um modulador de impulsos longos o dispositivo de ajustamento e, deste modo, o respectivo sistema de regulação, pode ser realizado de forma particularmente simples e favorável em termos de custos.

Numa outra forma de realização vantajosa da invenção é previsto que a grandeza de regulação seja regulada com o auxilio de um regulador digital. Este tipo de regulador permite uma regulação muito precisa e, por via da sua possibilidade de modificação, pode ser ajustado de forma óptima à respectiva aplicação. Contando que a digitalização de sinais analógicos decorra com o auxilio de um modulador de delta - sigma, o algoritmo para a amostragem, ou para a integração da grandeza de regulação pode ser implementado de forma favorável em termos de custos em módulos lógicos programáveis, habituais no mercado. 11

Uma forma de realização vantajosa da invenção prevê que enquanto grandeza de regulação seja regulada a corrente eléctrica de uma carga. Visto que a precisão de regulação representa uma propriedade essencial em muitas aplicações de regulação de corrente eléctrica, com o auxílio da invenção pode ser realizado de forma particularmente simples um dispositivo de regulação de corrente eléctrica adequado. Isto é o caso, por exemplo, no caso de reguladores de corrente eléctrica para mecanismos de accionamento eléctrico. Visto que, em particular servo-motores, precisam de uma regulação de corrente eléctrica particularmente precisa, com o auxílio do dispositivo de regulação de acordo com a invenção pode ser realizada uma regulação rápida e precisa de servo-motor de forma favorável em termos de custos.

De acordo com uma outra forma de realização vantajosa da invenção, um dispositivo de regulação compreende um dispositivo de medição que determina uma primeira grandeza de recondução através de amostragem da grandeza de regulação, na medida em que o valor instantâneo da grandeza de regulação é em cada caso recolhido num instante no tempo determinado pela frequência de amostragem e disponibilizado enquanto primeira grandeza de recondução. Além disso, o dispositivo de medição determina uma segunda grandeza de recondução através de apuramento da média da grandeza de regulação, na medida em que o valor instantâneo da grandeza de regulação é recolhido ao longo de um período de tempo, apurada a sua média e o valor instantâneo médio é disponibilizado enquanto segunda grandeza de recondução. 0 dispositivo de regulação apresenta para além disso um dispositivo de comparação, com um primeiro e um segundo elemento de comparação. Cada um de ambos os elementos de comparação 12 recebe uma grandeza de recondução em cada caso através de um canal separado, e forma a partir dela em cada caso um desvio de regulação próprio através de uma comparação com uma grandeza de regulação. 0 dispositivo de regulação compreende, além disso, um dispositivo de regulação com um primeiro e um segundo regulador, sendo que o primeiro regulador forma uma primeira grandeza de saida de regulador individual a partir do primeiro desvio de regulação, e o segundo regulador forma uma segunda grandeza de saida de regulador individual a partir do segundo desvio de regulação. Um dispositivo de soma do dispositivo de regulação forma a partir de ambas as grandezas de saída de regulador individual, uma grandeza de saída de regulador comum que um dispositivo de ajustamento utiliza para o ajustamento da grandeza de regulação.

Finalmente, uma outra forma de realização vantajosa da invenção prevê que o dispositivo de medição compreenda um dispositivo de integração, de modo a formar o valor instantâneo médio através de uma integração da grandeza de regulação ao longo do período de tempo. A formação do valor médio pode ser realizada de modo particularmente simples com o auxílio de um elemento integral. A invenção será em seguida explicada em maior detalhe com base em desenhos. Mostram:

Figura 1 um diagrama de ligação de blocos de um circuito de regulação para a regulação de corrente eléctrica de uma carga com o auxilio de um regulador PI e de uma modulação de impulsos longos, 13

Figura 2 uma evolução temporal de tensão/corrente eléctrica no caso de uma regulação de corrente eléctrica realizada com o auxilio da modulação de impulsos longos,

Figura 3 uma evolução temporal de tensão/corrente eléctrica no caso de uma medição de corrente eléctrica com o auxilio de um filtro de passa-baixo de redução de efeito de escada,

Figura 4 uma evolução temporal de tensão/corrente eléctrica no caso de uma medição de corrente eléctrica através de integração ao longo de um período da frequência de comutação,

Figura 5 Uma evolução temporal de tensão/corrente eléctrica no caso de uma medição de corrente eléctrica, através de amostragem sincronizada da evolução de corrente eléctrica em determinados instantes no tempo livres de oscilações superiores,

Figura 6A um diagrama de ligação de blocos de um novo regulador de corrente eléctrica com uma recondução de corrente eléctrica de dois canais,

Figura 6B um diagrama de ligação de blocos de um novo regulador de corrente eléctrica com uma recondução de corrente eléctrica de três canais,

Figura 7 um diagrama de ligaçao de blocos de um novo dispositivo de regulação de corrente eléctrica para 14 um servo-motor

Figura 8 um diagrama de ligação de blocos de um regulador de corrente eléctrica para um motor de corrente eléctrica de rotação, em que dois componentes de corrente eléctrica diferentes são recolhidos e regulados de forma independente entre si, e

Figura 9 um diagrama de ligação de blocos de um sistema de regulação com um dispositivo de regulação de número de rotações sobreposto ao dispositivo de regulação de corrente eléctrica. A invenção deverá ser em seguida explicada em maior detalhe com base num regulador de corrente eléctrica para um motor eléctrico. Ela pode, contudo, ser aplicada, sem demais, a outros reguladores. A Figura 1 mostra a evolução de efeito fechada de um dispositivo de regulação de corrente eléctrica típico. Enquanto grandeza x de regulação é neste caso regulada a corrente eléctrica i de uma carga, em particular uma carga indutiva, como por exemplo de um motor eléctrico. 0 dispositivo 1 de regulação compreende diversos componentes que interactuam entre si e que formam um circuito de regulação fechado. Enquanto grandeza w de condução do dispositivo 1 de regulação de corrente eléctrica serve um valor xref de referência de corrente eléctrica, e que é disponibilizado por exemplo por um circuito 2 de regulação de número de rotações sobreposto. Um elemento 20 de comparação que forma a zona de entrada do dispositivo 1 de regulação, compara o valor xref de referência de corrente eléctrica com um valor xinst 15 instantâneo de corrente eléctrica da corrente eléctrica x que circula através da bobina de motor. 0 valor xinst instantâneo de corrente eléctrica é recolhido com o auxilio de um dispositivo 10 de medição e disponibilizado ao elemento 20 de comparação enquanto grandeza r de recondução através de um canal de realimentação. O desvio e de regulação formado pelo elemento 20 de comparação é colocado à disposição de um dispositivo 30 de regulação que forma uma grandeza m de saída de regulador a partir do desvio e de regulação com o auxílio da sua função de transmissão. A grandeza m de saída de regulador serve para o controlo de um dispositivo 50 de ajustamento. Enquanto regulador 30 de corrente eléctrica é em regra, utilizado um regulador PI cujo comportamento de regulação é ajustado à respectiva aplicação. O regulador 30 PI compreende um regulador proporcional (elemento proporcional com coeficiente KP proporcional) e um regulador integral (elemento(-1) integral com coeficiente de integração Ki = KP / Tn e tempo de reajustamento Tn) que actua em paralelo àquele. Cada um de ambos os reguladores individuais forma neste caso, a partir da grandeza e de entrada que se encontra na sua entrada, uma grandeza de saída de regulador individual própria. Ambas as grandezas de saída de regulador individual são então somadas para obter uma grandeza m de saída de regulador comum que é fornecida a um dispositivo 50 de ajustamento. O dispositivo 50 de ajustamento compreende no presente caso um modulador de impulsos longos, de modo a converter o valor para a tensão eléctrica de motor, predefinido através da grandeza m de saída de regulador, num sinal de ajustamento modulado em impulsos longos. O sinal de ajustamento serve para o controlo de interruptores de potência de um regulador, facto pelo qual é conseguido uma cadência da tensão eléctrica aplicada na bobina de motor. A corrente eléctrica x de 16 motor daqui resultante é alisada através do efeito de integração da bobina L de motor. Como o diagrama de circuito de blocos da Figura 1 clarifica, diferentes grandezas z de perturbação podem actuar sobre o percurso de regulação e influenciar assim negativamente a grandeza de regulação corrente eléctrica x. A Figura 2 mostra a evolução de principio da tensão e corrente eléctrica de um motor eléctrico no caso de uma modulação de impulsos longos (PWM). A tensão eléctrica de motor, ou de bobina, é neste caso predefinida em forma discreta no tempo através da modulação de impulsos longos. Típico para este método de controlo é que a largura dos impulsos individuais de PWM se correlaciona directamente com o desenvolvimento temporal dos valores de entrada do modulador de impulsos longos e a variação de tensão eléctrica decorre no padrão de um intervalo Ts de tempo predefinido através de uma frequência fs de comutação da modulação de impulsos longos. A tensão de controlo assim gerada apresenta uma evolução praticamente rectangular com apenas dois níveis de tensão eléctrica. A tensão modulada de impulsos longos apresenta tipicamente flancos muito inclinados, de modo a minimizar possíveis perdas de comutação. A onda base, pretendida, da tensão de controlo resulta da rápida comutação entre ambos os estados de tensão eléctrica. A modulação de impulsos longos utiliza em regra frequências constantes, como por exemplo 4 kHz, 8 kHz ou 16 kHz. Enquanto sinal de suporte de PWM serve no presente caso uma tensão eléctrica de forma triangular. Por causa do efeito de alisamento da bobina L de motor, a corrente x de bobina apenas segue a tensão de bobina com uma elevada inércia. Desta forma resulta uma evolução de corrente eléctrica em forma de dentes de serra, sendo que a corrente de bobina oscila com a frequência Ts de comutação da 17 modulação de impulsos longos, para lá e para cá em torno do valor médio. 0 movimento de pêndulo que actua como oscilação superior da corrente x de bobina, pode conduzir a um significativo falseamento da medição de amostragem, por causa de possíveis efeitos de escada. Uma medição errada resulta em última análise num pior comportamento de regulação, em particular em relação à precisão, do circuito 1 de regulação de corrente eléctrica e, deste modo, também do circuito 2 de regulação de número de rotações sobreposto.

De modo a evitar estes erros de amostragem e optimizar deste modo o comportamento de regulação do circuito de regulação, deve ser considerado o teorema de amostragem. Isto pode ser conseguido com o auxílio de diferentes métodos de medição.

Através da utilização de um filtro de passa-baixo de redução de efeito de escada adequado, podem ser eliminadas as partes de elevadas frequências da corrente eléctrica de bobina. Resulta deste modo uma evolução mostrada na Figura 3 para a corrente eléctrica x' de bobina filtrada, que corresponde no essencial ao valor médio da corrente eléctrica x de bobina não filtrada. A utilização de um filtro de passa-baixo de redução de efeito de escada de primeira ordem, provoca no entanto um desfasamento de fase de até 90°, através do qual é claramente reduzida a reserva de fase do circuito de regulação e, deste modo, também o reforço de circuito máximo possível. Isto torna este método de medição menos adequado em particular para a prática industrial. 0 apuramento do valor médio representa um outro método de medição para a recolha precisa do valor xinst instantâneo da grandeza de regulação corrente eléctrica x. No caso do método 18 também utilizado, por exemplo, em multimetros digitais, o valor x de medição é recolhido ao longo de um período de tempo adequado e é formado um valor médio a partir dos valores de medição recolhidos. A recolha do valor de medição pode decorrer tanto de forma contínua como também por meio de amostragem rápida. Enquanto período de tempo adequado é considerado, no caso da utilização da modulação de impulsos longos, em particular um período Ts de comutação de PWM. Um tal apuramento do valor médio ao longo de um período Ts de comutação de PWM encontra-se representado na Figura 4. Visto que o desenvolvimento temporal da intensidade x de corrente eléctrica do servo-motor pode ser descrito com o auxílio de uma função constante, a determinação do valor médio do valor xist instantâneo de corrente eléctrica pode decorrer através de uma integração ao longo de um período Ts de PWM:

Como é visível a partir da Figura 4, a superfície formada através da integração por debaixo da curva de corrente eléctrica, é proporcional ao valor Xinst instantâneo médio de corrente eléctrica no período Ts de PWM. De modo a obter o efectivo valor Xinst instantâneo médio de corrente eléctrica no intervalo Ts de tempo, o integral de superfície é dividido pelo tempo Ts de integração. É vantajoso formar o integral ao longo de um intervalo de tempo que coincide com o período TS de PWM predefinido pelo sinal de ciclo da modulação de impulsos longos. A integração não tem forçosamente, contudo, que decorrer precisamente entre os 19 instantes ti, t2, t3, t4 no tempo predefinidos através do sinal de ciclo, mas antes também pode ter lugar de forma desfasada temporalmente. Como é visível a partir da Figura 4, através da integração ao longo de um período de PWM completo, as deslocações superior e inferior do sinal de corrente eléctrica, provocadas por via da modulação de impulsos longos, anulam-se no caso ideal mutuamente. 0 integral apurado neste caso fornece então, numa aproximação muito boa, o respectivo valor instantâneo médio de corrente eléctrica. Não é no entanto forçosamente necessário que o apuramento do valor médio decorra ao longo de um período de PWM total. Enquanto período de tempo de integração também pode, por exemplo, ser escolhido um período de tempo mais longo (por exemplo, um múltiplo do período de PWM). Também um período de tempo mais curto do que um período de PWM, é fundamentalmente possível. No entanto, podem então ocorrer desvios do valor médio apurado relativamente ao valor médio efectivo, visto que neste caso os deslocamentos do sinal de corrente eléctrica provocados pela oscilação superior, não se anulam mutuamente completamente. Eventuais desvios relativamente ao valor médio efectivo podem, contudo, se for caso disso, ser considerados com o auxílio de uma correspondente correcção.

Visto que as oscilações do sinal de medição provocadas pelas partes de elevadas frequências, tipicamente se anulam mutuamente aquando do apuramento do valor médio, este método de medição é particularmente insensível relativamente a perturbações, que sejam provocadas por exemplo através de procedimentos de comutação, ou através de EMV. Por isso, a medição de integral aplicável fundamentalmente em todos os processos de modulação de impulsos, adequa-se muito bem para a utilização na prática 20 industrial, em particular então quando é necessária uma regulação precisa.

No entanto, aquando do apuramento do valor médio, também deve ser considerado um adicional tempo morto Tt = Ts / 2 = TA. Isto representa uma desvantagem em relação à recolha de valor instantâneo num circuito de regulação, visto que o desfasamento de fase φ = UJ · Tt provocado pelo tempo Tt morto adicional, também aqui reduz a reserva de fase do circuito de regulação e, deste modo, o reforço de circuito máximo possível.

Uma possibilidade particularmente rápida para a medição do valor xinst instantâneo de corrente eléctrica, é pelo contrário a amostragem da grandeza x de regulação em determinados instantes ti, 12, 13, t4 no tempo. De modo a impedir que a medição seja demasiado falseada através das partes de elevadas frequências da grandeza x de regulação, para a amostragem são de um modo preferido escolhidos instantes ti, t2, t3, t4 no tempo em que a grandeza de regulação corresponda no essencial ao valor médio. Isto pressupõe no entanto, que tais instantes ti, t2, t3, t4 no tempo livres de oscilações superiores existem de todo. Para além disso, eles também têm de ser conhecidos. Isto é o caso por exemplo no caso de processos de regulação de corrente eléctrica que utilizam uma tensão eléctrica cadenciada (por exemplo, por meio de modulação pulsada) para o controlo da corrente eléctrica. Como é mostrado na Figura 5, por causa da oscilação da corrente eléctrica x de motor provocada pela cadência da tensão de controlo, num período Ts de comutação de PWM ocorrem em regra, em cada caso precisamente dois instantes t4, t2, t3, t4 no tempo livres de oscilações superiores. A posição destes instantes no tempo no interior da janela de tempo predefinida 21 através do período Ts de comutação de PWM, pode depender do respectivo método com o qual a tensão de controlo é cadenciada. Contando que todos os instantes no tempo de amostragem se encontrem numa relação temporal constante relativamente ao sinal de ciclo de PWM, a amostragem pode decorrer com uma frequência fA = 1 / TA de amostragem correlacionada com o sinal de ciclo de PWM. No caso da utilização de uma modulação de impulsos longos para o controlo da corrente eléctrica x de motor, os instantes no tempo livres de oscilações superiores coincidem no essencial com os instantes ti, t2, t3, t4 no tempo predefinidos através do sinal de ciclo de PWM. Num tal caso a grandeza x de regulação pode por isso, ser amostrada de forma sincronizada com o sinal de ciclo de PWM, ou seja, em cada caso nos instantes no tempo em que o sinal de suporte de PWM de forma triangular apresente um ponto de inversão. Enquanto frequência fA de amostragem é neste caso escolhida de um modo preferido a frequência fs de comutação dupla: fA = 2 · fs

Uma taxa de amostragem mais elevada não faz, em regra, sentido. Neste caso, a modulação de impulsos longos também teria que comutar mais depressa, o que tecnicamente, contudo, em regra, não é desejado ou não é possível. Também uma taxa de amostragem mais reduzida faz pouco sentido, visto que a regulação iria neste caso decorrer de forma desnecessariamente lenta. A medição de amostragem da grandeza x de regulação representa fundamentalmente um método de medição muito rápido. Ela adequa-se por isso, em particular para uma regulação rápida, 22 desde logo porque nenhum tempo morto adicional limita a largura de banda do circuito de regulação. Por este motivo, este método de medição é com frequência utilizado na prática industrial. Perturbações de altas frequências ou amostragem imprecisa podem no ntanto influenciar fortemente o resultado de medição. Para além disso, este método necessita de um processo de PWM adequado, ou um outro processo de modulação pulsada adequado para a corrente eléctrica de motor, em que os instantes no tempo livres de oscilações superiores sejam conhecidos, ou pelos menos possam ser estimados.

Em seguida deverá ser mostrado como, através de uma combinação de diferentes processos de medição, bem como de recondução de dois ou mais canais das grandezas de recondução formadas nesta circunstância, pode ser realizada uma regulação que combina as vantagens dos métodos de medição utilizados sem as suas desvantagens. 0 regulador combinado é para este efeito dividido nos seus reguladores individuais que obtêm na verdade, em cada caso um desvio de regulação próprio enquanto grandeza de entrada, mas formam uma grandeza de saida de regulador comum. A Figura 6A mostra um diagrama de circuito de blocos de uma zona parcial do circuito 1 de regulação de corrente eléctrica de acordo com a invenção, com um dispositivo 20 de comparação que compreende dois elementos 21, 22 de comparação, um dispositivo 30 de regulação que compreende, de um modo preferido, um regulador PI e um dispositivo 40 de soma. O regulador PI é neste caso dividido num elemento 31 de regulação P e num elemento 32 de regulação I ligado em paralelo, sendo que ao elemento 31 de regulação P se encontra associado um primeiro elemento 21 de comparação e ao elemento 32 de regulação I se encontra associado 23 um segundo elemento 22 de comparação. Cada um de ambos os elementos 21, 22 de comparação dispõe de um canal de recondução próprio, através do qual o respectivo elemento 21, 22 de comparação recebe uma grandeza ri, r2 de recondução a partir de um dispositivo 10 de medição. Enquanto grandezas rlr r2 de recondução servem dois valores instantâneos de corrente eléctrica diferentes que foram determinados com diferentes processos de medição. Para a determinação do valor instantâneo de corrente eléctrica pode ser fundamentalmente utilizado qualquer método de medição adequado. Para além de uma medição directa da corrente eléctrica de controlo, este também pode alternativamente, ser derivado a partir de determinadas grandezas de funcionamento. Ambos os processos de medição são de um modo preferido escolhidos de tal forma que os valores instantâneos deste modo determinados são optimizados para o respectivo tipo de regulador. Cada um de ambos os elementos 21, 22 de comparação compara a grandeza r2, r2 de recondução que lhe está associada com a grandeza w de condução aplicada numa entrada comum e, como resultado desta comparação, fornece um desvio elr e2 de regulação ao elemento 31, 32 de regulação que se lhe encontra associado em cada caso. Ambos os elementos 31, 32 de regulação formam, com o auxilio da sua respectiva função de transmissão, a partir dos desvios e2, e2 de regulação que lhes foram fornecidos, em cada caso uma grandeza m2, m2 de saida de regulador individual. As grandezas m2, m2 de saida de regulador individual são em seguida fornecidas a um dispositivo 40 de adição comum que forma a partir dai uma grandeza m de saida de regulador. Em regra, a grandeza m de saida de regulador é neste caso formada através de uma simples adição de ambas as grandezas m2, m2 de saida de regulador individual. No entanto, também quaisquer outras operações, como por exemplo uma ponderação das grandezas mi, m2 de saída de regulador individual, podem ser realizadas com diferentes factores, de modo a formar a grandeza m de saída de regulador combinada a partir de ambas as grandezas mi, m2 de saída de regulador individual. A grandeza m de saída de regulador combinada do dispositivo 30 de regulação, serve então enquanto grandeza de entrada de um dispositivo 50 de ajustamento, de modo a ajustar a grandeza x de regulação. O dispositivo 30 de regulação mostrado na Figura 6A pode fundamentalmente compreender também outros elementos de regulação. Por exemplo, pode ser proporcionado um terceiro elemento 33 de regulação (por exemplo um elemento (D) diferencial com coeficiente KD de diferenciação, ou tempo Tv de derivação) em paralelo a ambos os elementos 31, 32 de regulação. 0 elemento 33 de regulação adicional pode neste caso utilizar um dos já disponíveis desvios ei, e2 de regulação enquanto grandeza de entrada. É para além disso também possível disponibilizar uma grandeza de entrada própria para o elemento 33 de regulação adicional. Isto pode ocorrer, por exemplo, com o auxílio de um elemento 23 de comparação adicional que compara uma terceira grandeza r3 de recondução com a grandeza w de condução. Enquanto grandeza r3 de recondução adicional pode neste caso servir um valor instantâneo de corrente eléctrica determinado com o auxílio de um terceiro processo de medição. A grandeza de saída do terceiro elemento 33 de regulação pode ser fornecida enquanto uma terceira grandeza m3 de saída de regulador individual ao dispositivo 40 de adição comum, que forma a grandeza m de saída de regulador a partir de todas as três grandezas m3, m2, m3 de saida de regulador individual. A Figura 6B mostra um tal dispositivo 30 de regulação. 25 A terceira grandeza r3 de recondução pode também ser escolhida como sendo idêntica a zero. Neste caso, apenas a grandeza w de condução é diferenciada através do elemento 33 de regulação. Resulta desta forma um caso especial vantajoso da forma de realização mostrada na Figura 6B. 0 circuito 1 de regulação pode deste modo reagir de forma particularmente rápida a variações da grandeza w de condução. A Figura 7 mostra um diagrama de circuito de blocos de um dispositivo 1 de regulação de acordo com a invenção, com o dispositivo 30 de regulação a partir da Figura 6A que apresenta uma recondução de dois canais. O dispositivo 1 de regulação configurado de um modo preferido para a regulação da corrente eléctrica de um motor eléctrico compreende, além disso, um dispositivo 10 de medição com o auxilio do qual é recolhido o valor instantâneo da grandeza de regulação corrente eléctrica de motor. O dispositivo 10 de medição intervém para este efeito na corrente eléctrica x do motor 60 eléctrico num ponto adequado do percurso de regulação. O dispositivo 10 de medição é neste caso configurado de modo a recolher o valor xinst instantâneo de corrente eléctrica com o auxilio de dois métodos de medição diferentes, e a transmitir os resultados de medição de ambas as medições, em cada caso enquanto uma grandeza ri, r2 de recondução, através de ambos os canais de recondução separados, ao dispositivo 20 de comparação. O dispositivo 10 de medição compreende para este efeito duas subunidades que são aqui esquematicamente configuradas enquanto um dispositivo 11 de amostragem e um dispositivo 12 de integração. O dispositivo 11 de amostragem determina a primeira grandeza r3 de recondução através de amostragem da grandeza x de regulação com uma frequência fA de amostragem predefinida. A amostragem decorre 26 neste caso, de um modo preferido, de forma sincronizada com a modulação de impulsos longos, com o auxilio da qual é formada a tensão de controlo de um nível 52 final de potência para a corrente eléctrica x de motor. Enquanto frequência fA de amostragem é neste caso, de um modo preferido, escolhida a frequência fs de comutaçao de PWM dupla. 0 dispositivo 12 de integração determina pelo contrário a segunda grandeza r2 de recondução através de um apuramento do valor médio da grandeza x de regulação. Isto decorre de um modo preferido através de uma integração da grandeza x de regulação ao longo de um ciclo Ts de PWM.

Os algoritmos para a amostragem e integração da grandeza x de regulação podem ser realizados tanto como dois dispositivos 11, 12 separados estruturalmente um do outro, como também como um dispositivo comum do dispositivo 10 de medição. No caso de um regulador 1 digital, todos os sinais analógicos presentes, como por exemplo a grandeza x de regulação, devem ser, além disso, digitalizados antes de poderem ser adicionalmente processados. O dispositivo 10 de medição compreende para este efeito um digitalizador 13 adequado. A digitalização dos sinais analógicos decorre de um modo preferido com o auxilio de moduladores sigma - delta (ΣΔ). Neste caso, o algoritmo para a amostragem, ou para a integração da grandeza x de medição também pode ser implementado de forma favorável em termos de custos, em módulos de semi-condutores programáveis disponíveis no mercado, como por exemplo FPGAs ("field programmable gate array").

Como já descrito mais acima, o dispositivo 20 de comparação forma, a partir de ambas as grandezas rlr r2 de recondução, dois desvios ei, e2 de regulação independentes entre si a partir dos 27 quais ambos os elementos 31, 32 de regulação do dispositivo 30 de regulação produzem ambas as grandezas mi, 1¾ de sarda de regulador individual. Através da combinação das grandezas mi, 1¾ de sarda de regulador individual com o auxilio do dispositivo 40 de soma, a grandeza m de sarda de regulador encontra-se à disposição à entrada do dispositivo 50 de ajustamento. O dispositivo 50 de ajustamento compreende neste caso um elemento 51 de ajustamento e um regulador 52. O elemento 51 de ajustamento converte o valor predefinido através da grandeza m de sarda de regulador numa grandeza y de ajustamento para o regulador 52. No presente caso, a grandeza m de sarda de regulador que se encontra presente na forma digital, é convertida com o auxilio de um modulador 51 de impulsos longos num sinal y de tensão eléctrica modulado por impulsos longos, com o qual o regulador 52 é controlado. O tipico regulador 52 compreende interruptores de potência que apenas são operados em dois pontos caracterrsticos (de bloqueio ou ligado em continuo). O regulador 52 realiza uma cadência da corrente eléctrica x de motor com base na grandeza y de ajustamento modulada por impulsos longos. 0 dispositivo de regulação mostrado na Figura 7 regula directamente a corrente eléctrica que circula através das bobinas do motor 60 eléctrico conectado. No caso de uma máquina de múltiplas fases, a corrente eléctrica de motor é composta por diversas componentes de corrente eléctrica que circulam em cada caso através de diferentes bobinas do motor. No caso de um motor de corrente eléctrica de rotação, é utilizada uma corrente eléctrica trifásica, ou corrente alternada trifásica, cujas três componentes ia, ib, ic de corrente eléctrica trifásica que se encontram numa predefinida relação de fases e de amplitude entre 28 si, são reguladas em cada caso de forma separada. Visto que as três componentes ia, ib, ic de corrente eléctrica trifásica se somam todas com resultado zero em cada fase, cada componente de corrente eléctrica pode ser determinada a partir de ambas as outras componentes de corrente eléctrica. É por isso suficiente quando apenas são medidas e reguladas duas ia, ib das três componentes ia, ib, ic de corrente eléctrica. Isto permite uma regulação de corrente eléctrica trifásica simplificada com apenas dois circuitos de regulação independentes entre si.

Uma outra optimização da regulação pode decorrer através de utilização de um sistema de coordenadas adequado. Consoante a aplicação (motor síncrono, motor assíncrono, etc.) pode ser neste caso equacionado um sistema de coordenadas de suporte, ou um de campo, ou um de seguimento. Por exemplo, as componentes ia e ib de corrente eléctrica disponíveis no sistema de coordenadas de suporte inicial fixo, podem ser representadas através de uma simples transformação, como correspondentes componentes ia e ip de corrente eléctrica de um sistema de coordenadas α/β. Com o auxílio de uma rotação de coordenadas, a regulação também é possível num sistema de coordenadas d/q orientado no campo, em que ambas as componentes id, iq de corrente eléctrica são configuradas como duas correntes contínuas de regulação simples. Visto que a componente id de corrente eléctrica que forma a circulação não fornece qualquer contributo para a formação do momento de rotação, a grandeza de entrada do correspondente circuito de regulação pode ser predefinida como idêntica a zero, de modo a operar a máquina de forma óptima em termos de perdas. Neste caso, o valor de ajustamento de um regulador w de número de rotações sobreposto encontra-se apenas aplicado à entrada do 29 circuito de regulaçao responsável pela componente id de corrente eléctrica que forma o momento. A Figura 8 mostra um correspondente dispositivo 1 de regulação de corrente eléctrica para um motor 60 de corrente eléctrica trifásica. O dispositivo 1 de regulação compreende no presente exemplo, dois circuitos de regulação independentes entre si para ambas as componentes i« e ip de corrente eléctrica do sistema de coordenadas de suporte rectangular. A cada componente ia e ip de corrente eléctrica encontra-se neste caso associado um dispositivo 10', 10'' de medição próprio e um dispositivo 30', 30' ' de regulação próprio. Cada um de ambos os dispositivos 10', IO''' de medição recolhe a componente ia e ip de corrente eléctrica que lhe está associada, de um modo preferido, com o auxílio de diferentes métodos de medição, como por exemplo, uma medição de amostragem e uma medição do valor médio. Os valores iinst instantâneos de corrente eléctrica recolhidos nesta circunstância são em cada caso fornecidos a um dispositivo 20', 20'' de comparação. Na Figura 8, encontram-se ara esse efeito, por exemplo, proporcionados dois canais de recondução por dispositivo 10', 10'' de medição. Com base nas grandezas de saída de um dispositivo 20', 20'' de comparação, diversos reguladores individuais formam no respectivo dispositivo 30', 30'' de regulação um correspondente número de grandezas de saída de regulador individual que são em seguida resumidas através de um dispositivo 40', 40'' de soma, numa grandeza de saída de regulador do respectivo circuito de regulação. Com o auxílio das grandezas de saída de regulador a partir de ambos os circuitos de regulação, é finalmente controlado um dispositivo 50 de ajustamento que regula as componentes ua, ub, uc de tensão eléctrica trifásicas individuais. As grandezas de saída de 30 regulador que no presente exemplo se encontram no sistema de coordenadas de suporte α/β rectangular, devem ser nesta circunstância convertidas de tal forma que o dispositivo 50 de ajustamento regula as três componentes ua, ub, uc de tensão eléctrica trifásica. De modo a aumentar a precisão da regulação, todas as três componentes ia, ib, ic de corrente eléctrica da corrente eléctrica trifásica também podem ser medidas directamente. Neste caso, o dispositivo 1 de regulação compreende de um modo preferido três dispositivos de medição, em cada caso um para cada fase (aqui não mostrado) . A regulação também pode neste caso decorrer num sistema de coordenadas de dois eixos.

No caso de máquinas rotativas é com frequência necessária uma regulação, com o auxilio da qual o número de rotações possa ser mantido num valor previamente definido. Uma tal regulação de número de rotações pode ser realizada, por exemplo, com o auxilio de uma assim designada regulação em cascata, em que um circuito de regulação de corrente eléctrica se encontra subordinado a um circuito de regulação de número de rotações. A grandeza auxiliar corrente eléctrica de motor é neste caso inicialmente regulada com um circuito de regulação interior rápido, cuja grandeza de condução é formada através da grandeza de ajustamento do circuito de regulação exterior, mais lento (circuito de regulação de número de rotações). O encadeamento de ambos os circuitos de regulação um dentro do outro, decompõe o percurso de regulação total em percursos parciais mais pequenos que são mais claros e podem ser melhor regulados do que o percurso de regulação total. Uma precisão de regulação mais elevada pode ser com frequência alcançada desta forma. 31 A Figura 9 mostra um diagrama de ligação de blocos de um tal sistema 3 de regulação de número de rotações para um servo-motor com o dispositivo 1 de regulação de corrente eléctrica de acordo com a invenção mostrado na Figura 7, e um dispositivo 2 de regulação de número de rotações sobreposto. Enquanto o circuito 1 de regulação de corrente eléctrica interior recolhe a corrente eléctrica de motor enquanto grandeza x de regulação com o auxilio do seu dispositivo 10 de medição, o circuito 2 de regulação de número de rotaçoes sobreposto intervém com o auxílio de um correspondente dispositivo 70 de medição no número de rotações do motor 60 eléctrico em linha de funcionamento. A partir de uma comparação do valor instantâneo de número de rotações apurado com o auxilio do dispositivo 70 de medição, com um valor de referência de número de rotações predefinido através de uma grandeza u de condução, um dispositivo 80 de comparação do regulador 2 de número de rotações gera um desvio de regulação de número de rotações. Um regulador 90 PI do circuito de regulação de número de rotações forma com base neste desvio de regulação, uma correspondente grandeza de saída de regulador que disponibilizada finalmente enquanto grandeza w de condução ao circuito 1 de regulação de corrente eléctrica. Contando que seja adicionalmente previsto um pré-controlo, a grandeza w de condução do circuito 1 de regulação de corrente eléctrica também pode ser formada através de uma combinação da grandeza de saída de regulador do circuito 2 de regulação de número de rotações, com uma grandeza de pré-controlo. O circuito 2 de regulação de número de rotações mostrado na Figura 9 pode ser de igual modo configurado enquanto um circuito de regulação interior de um dispositivo de regulação sobreposto. Em particular dispositivos de accionamento regulados no local, 32 como por exemplo dispositivos de servo-accionamento, possuem sobreposto grandeza de condução do ainda um circuito de posição (aqui não representado ao regulador 3 de número de rotações, sendo que a saída do regulador de posição forma a grandeza u de regulador 3 de número de rotações.

Lisboa, 24 de Agosto de 2010 33

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo de regulação compreendendo os passos: - determinação de uma primeira grandeza (ri) de recondução, - determinação de um primeiro desvio (ei) de regulação através de uma comparação da primeira grandeza (rd de recondução com uma grandeza (w) de condução, formação de uma primeira grandeza (mi) de saída de regulador individual a partir do primeiro desvio (ei) de regulação com o auxílio de um primeiro regulador (31), - determinação de uma segunda grandeza (r2) de recondução, determinação de um segundo desvio (e2) de regulação através de uma comparação da segunda grandeza (r2) de recondução com a grandeza (w) de condução, formação de uma segunda grandeza (m2) de saída de regulador individual a partir do segundo desvio (e2) de regulação com o auxílio de um segundo regulador (32), - formação de uma grandeza (m) de saída de regulador a partir de ambas as grandezas (m2, m2) de saída de regulador individual, e 1 - utilização da grandeza (m) de saida de regulador para ajustamento da grandeza (x) de regulação, de modo gue a grandeza (x) de regulação segue a grandeza (w) de condução, caracterizado por a primeira grandeza (rd de recondução ser determinada através de amostragem de uma grandeza (x) de regulação com uma frequência (ía) de amostragem, sendo que o valor (Xinst) instantâneo da grandeza (x) de regulação é em cada caso recolhido num instante (ti, t2, t3, t4> no tempo determinado pela frequência (fA) de amostragem, e a segunda grandeza (r2) de recondução ser determinada através de apuramento da média da grandeza (x) de regulação, sendo que o valor (Xinst) instantâneo da grandeza (x) de regulação é recolhido ao longo de um período (Ts) de tempo e é formado um valor (xmed) médio a partir daí.
2. Processo de regulação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a grandeza (m) de saída de regulador ser formada através de soma de ambas as grandezas (mi, m2) de saída de regulador individual.
3. Processo de regulação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a segunda grandeza (r2) de recondução ser determinada através de uma integração do valor (xinst) instantâneo da grandeza (x) de regulação ao longo do período (Ts) de tempo.
4. Processo de regulação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por para o ajustamento da grandeza (x) de regulação, ser formada um 2 grandeza (y) de ajustamento cadenciada com uma frequência (fs) de comutação a partir da grandeza (m) de saída de regulador, sendo que a amostragem da grandeza (x) de regulação decorre com o dobro da frequência (fs) de comutação e/ou o valor (xmed) médio da grandeza (x) de regulação é formado ao longo de um período de tempo que corresponde a um período (Ts) de comutação previamente definido através da frequência (fs) de comutação da grandeza (y) de ajustamento, ou a um múltiplo inteiro deste período (Ts) de comutação.
5. Processo de regulação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a amostragem da grandeza (x) de regulação decorrer de forma sincronizada com um sinal de impulso, com o auxílio do qual a grandeza (y) de ajustamento é cadenciada.
6. Processo de regulação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a amostragem decorrer em cada caso num instante no tempo livre de oscilação superior da grandeza (x) de regulação.
7. Dispositivo de regulação compreendendo: - um dispositivo (10) de medição que é configurado de forma a determinar uma primeira grandeza (ri) de recondução e uma segunda grandeza (r2) de recondução, - um dispositivo (20) de comparação com um primeiro e um segundo elemento (21, 22) de comparação, sendo que o primeiro elemento (21) de comparação é configurado de modo 3 a formar um primeiro desvio (ei) de regulação através de uma comparação da primeira grandeza (ri) de recondução com uma grandeza (w) de condução, e sendo que o segundo elemento (22) de comparação é configurado de modo a formar um segundo desvio (e2) de regulação através de uma comparação da segunda grandeza (r2) de recondução com a grandeza (w) de condução, - um dispositivo (30) de regulação com um primeiro e um segundo regulador (31, 32), sendo que o primeiro regulador (31) é configurado de modo a formar uma primeira grandeza (mi) de saída de regulador individual a partir do primeiro desvio (ei) de regulação, e sendo que o segundo regulador (32) é configurado de modo a formar uma segunda grandeza (m2) de saída de regulador individual a partir do segundo desvio (e2) de regulação, - um dispositivo (40) de soma que é configurado de modo a formar uma grandeza (m) de saída de regulador a partir de ambas as grandezas (mi, m2) de saída de regulador individual, e - um dispositivo (50) de ajustamento que é configurado de modo a ajustar a grandeza (x) de regulação com o auxílio da grandeza (m) de saída de regulador de tal forma, que a grandeza (x) de regulação segue a grandeza (w) de condução, caracterizado por um dispositivo (10) de medição ser configurado de modo a determinar a primeira grandeza (ri) de recondução através de amostragem de uma grandeza (x) de regulação com uma 4 frequência (fA) de amostragem, na medida em que o valor (Xinst) instantâneo da grandeza (x) de regulação é em cada caso recolhido num instante (ti, t2, t3, t4) no tempo determinado pela frequência (fA) de amostragem, e a determinar segunda grandeza (r2) de recondução através de apuramento da média da grandeza (x) de regulação, na medida em que o valor (xinst) instantâneo da grandeza (x) de regulação é recolhido ao longo de um período (Ts) de tempo e é formado um valor (Xmed) médio a partir daí.
8. Dispositivo de regulação de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o primeiro regulador (31) ser um regulador proporcional e/ou o segundo regulador (32) ser um regulador integral.
9. Dispositivo de regulação de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado por o dispositivo (10) de medição compreender um dispositivo (12) de integração, de modo a formar o valor (xinst) instantâneo médio através de uma integração da grandeza (x) de regulação ao longo do período (Ts) de tempo.
10. Dispositivo de regulação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dispositivo (50) de ajustamento apresentar um modulador (51) de impulsos longos, de modo a cadenciar a grandeza (y) de ajustamento.
11. Dispositivo de regulação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dispositivo 5 (30) de regulaçao ser configurado como um regulador digital.
12. Dispositivo de regulação de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o dispositivo (10) de medição apresentar um modulador (13) de delta - sigma para a digitalização de sinais analógicos, e o dispositivo (12) de integração e/ou um dispositivo (11) de amostragem do dispositivo (10) de medição serem implementados enguanto algoritmos num módulo de semicondutor programável.
13. Dispositivo de regulação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dispositivo (1) de regulação ser configurado como regulador de corrente eléctrica de uma carga (60) e ser parte de um circuito (2) de regulação de número de rotações sobreposto, cuja grandeza de ajustamento, individualmente ou em combinação com uma grandeza de pré-controlo, forma a grandeza (w) de condução do dispositivo (1) de regulação.
14. Dispositivo de regulação de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o dispositivo (1) de regulação ser configurado de modo a regular a corrente eléctrica de um motor (60) de corrente eléctrica trifásica num sistema de coordenadas fixo em suporte, sendo que em função do sistema de coordenadas de suporte utilizado, são proporcionados dois ou três dispositivos (10', 10'') de medição e dois ou três dispositivos (20', 20") de regulação, de modo a recolher e regular componentes (i ar Ibí Ic» lai ίβ) de corrente eléctrica individuais do respectivo sistema de coordenadas de suporte, de forma independente entre si. 6
15. Dispositivo de regulação de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o dispositivo (1) de regulação ser configurado de modo a regular a corrente eléctrica de um motor (60) de corrente eléctrica trifásica num sistema de coordenadas orientadas para o campo, sendo que para cada componente (iq, id) de corrente eléctrica do sistema de coordenadas orientado para o campo é proporcionado um dispositivo (20', 20”) de regulação próprio, e sendo que são proporcionados dois ou três dispositivos (10', 10'') de medição, de modo a recolher ambos os componentes (iq, id) de corrente eléctrica do sistema de coordenadas orientado para o campo, ou todos os três componentes (ia, ib, ic) de corrente eléctrica do motor (60) de corrente eléctrica trifásica, de forma independente entre si. Lisboa, 24 de Agosto de 2010 7