WO2008101817A1 - Bestimmungsverfahren für parameter einer parametrierbaren regelanordnung und darauf beruhende gegenstände - Google Patents

Bestimmungsverfahren für parameter einer parametrierbaren regelanordnung und darauf beruhende gegenstände Download PDF

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WO2008101817A1
WO2008101817A1 PCT/EP2008/051543 EP2008051543W WO2008101817A1 WO 2008101817 A1 WO2008101817 A1 WO 2008101817A1 EP 2008051543 W EP2008051543 W EP 2008051543W WO 2008101817 A1 WO2008101817 A1 WO 2008101817A1
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WO
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control arrangement
controlled system
computer
model
parameters
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French (fr)
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WO2008101817A8 (de
Inventor
Ulrich Ahrholdt
Ulrich Konigorski
Elmar SCHÄFERS
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential

Definitions

  • the present invention relates to a determination method for parameters of a parameterizable control arrangement, by means of which a controlled system is to be controlled.
  • the present invention further relates to a computer program having machine code which is directly executable by a computer and whose execution by the computer causes the computer to execute such a determination method.
  • the present invention relates to a computer, wherein the computer has a memory and an input device, wherein a computer program of the type described above is stored in the memory, wherein the computer via the input device by a user of the computer, a call command is predetermined, wherein the default of Call command causes the call and execution of the computer program by the computer.
  • Such operating methods, computer programs and computers are well known. Among other things, they are used in the parameterization of control arrangements, by means of which machine tools are controlled with high precision, usually in the micrometer range.
  • the controlled system is usually referred to as axis or machine axis. It often comprises a position-adjustable electric motor, a controllable power supply for the electric motor and an adjustable by the electric motor element, such as a portal.
  • the controllable energy supply is often referred to as a drive.
  • the electric motor corresponds to an actuator of the controlled system.
  • Unit of power supply, electric motor and adjustable element corresponds to a controlled system in the context of the present invention.
  • the drive of the drive is usually carried out by means of a control arrangement which causes a position control of the electric motor. In some cases, a speed control is conceivable.
  • the control arrangement can be parameterized in many cases.
  • a PI controller proportional-integral
  • Such a controller has two parameters by means of which its properties are determined, namely its proportional gain and its integration time constant.
  • the parameters of the control arrangement should be set as optimally as possible.
  • the eigenvalues of the control system ie the controlled system, if it is regulated by the control arrangement
  • model-based determination methods for the parameters of the control arrangement.
  • a model is created by which the controlled system and the crizan-order are modeled.
  • expected poles of the controlled system are determined as such, ie the poles that are expected when the controlled system is not regulated by the control arrangement.
  • the parameters of the control arrangement are determined in such a way that expected poles of the controlled system have a predetermined value in the case of a controlled system controlled by the control system (ie of the control system).
  • model-based determination methods are rarely used in practice.
  • a determination method for parameters of a parameterizable control arrangement is known, wherein by means of the control arrangement, a controlled system is to be controlled.
  • a model is created by which the controlled system and the control arrangement are modeled. Based on the model, expected poles of the controlled system are determined as such.
  • the object of the present invention is to provide opportunities by means of which both the model of the control arrangement can be created in a relatively simple manner and the parameters of the control arrangement can be determined and, moreover, a relatively simple control arrangement can be used.
  • the object is first achieved by a determination method having the features of claim 1.
  • the determination method according to the invention corresponds in approach to the procedure already described above.
  • a model is created by which the controlled system and the control arrangement are modeled become. Based on the model, expected poles of the controlled system are determined as such.
  • the parameters of the control arrangement are determined on the basis of the model. According to the invention, however, an area in the Laplace plane is determined.
  • the parameters of the control arrangement are set to initial values.
  • the expected poles of the control system ie the controlled system in controlled by the control arrangement actuator
  • the determination takes place here with the last-determined parameters of the control arrangement.
  • the parameters of the control arrangement are varied until the expected poles of the control system are within the predetermined range.
  • the values which are to have the expected poles of the controlled system in the case of regulators controlled by the control arrangement are not exactly predetermined. On the contrary, only an area within which the exact values are intended is predetermined.
  • the object is further achieved by a computer program which has machine code which can be executed directly by a computer and whose execution by the computer causes the computer to carry out a determination method according to the invention.
  • the computer program can be stored on a data carrier.
  • a computer having a memory and an input device, wherein a computer program according to the invention is stored in the memory, wherein the computer via the input device by a user of the computer, a call command is predetermined, the specification of the call command the call and the execution of the computer program by the computer causes.
  • the area can be determined in various ways. The easiest way is to determine the area if the area in the Laplace plane corresponds to a closed area.
  • the area may be determined by a different number of sizes in the Laplace plane, and furthermore the sizes may be characteristic of different physical conditions. Preferably, the range is determined by three sizes.
  • one of the variables may be characteristic for a frequency-related minimum damping, a reaction speed of the control arrangement and a maximum actuating energy of an actuator of the control arrangement that is controlled by the control arrangement.
  • the range is parameterizable.
  • one of the variables for a frequency-related minimum damping, a reaction rate of the control arrangement and a maximum actuating energy of the actuator is characteristic
  • the characteristic of the maximum position energy of the actuator controlled by the control element characteristic size can be fixed and the variables characteristic of the frequency-related minimum attenuation and the reaction rate can be parameterized.
  • the range can also be fixed.
  • That the computer takes into account the at least one current setpoint or actual value of the controlled system in the creation of the model, - that the computer determines the expected poles of the controlled system as such and the parameters of the control arrangement online and - That the computer parameterizes the control arrangement online according to the respectively determined parameters.
  • the computer should have an output device, via which the computer is connected to the parameterizable control arrangement. Because of this, the computer is able to output the parameters determined by it to the control system. However, the configuration of the computer described last is also possible if the specification of the parameters to the control system is not done online.
  • the model preferably comprises only those properties of the controlled system and the control arrangement which are to be influenced by the regulation of the controlled system with respect to dynamics and damping of vibrations. In many cases, this is only the low-frequency behavior of the controlled system. In order to take into account the high-frequency behavior of the controlled system, essentially two approaches are possible. On the one hand, it is possible for the model to have a filter which is arranged between a model component modeling the control arrangement and a model component modeling the controlled system. In this case, the filter can be used to model the filtering out of high-frequency components of a control signal to be output by the control arrangement.
  • the determination method described above that is to say a determination method in which only the low-frequency behavior of the controlled system is modeled, as the basic determination method.
  • the model used in the basic determination method is referred to below as the basic model.
  • the basic model is supplemented at least once by an additional model, by a high-frequency behavior of
  • Controlled system is modeled. In this case, it is checked whether the expected poles of the controlled system in controlled by the control system controlled system even when using by the additional model of supplemented basic model are within the predetermined range. The parameters determined in the basic determination method are varied if the expected poles of the controlled system lie outside the predetermined range in the case of the controlled system controlled by the control arrangement when using the basic model supplemented by the additional model.
  • Varying the parameters of the control arrangement can take place in various ways. Preferably, this is done
  • Varying the parameters by re-executing the basic determination method In the context of re-executing the basic determination method, however, the predetermined range is restricted. Alternatively or additionally, the manner in which the parameters are determined can be changed.
  • FIG. 2 shows a flowchart
  • FIG. 3 shows a section of a Laplace plane
  • FIG. 4 shows a computer and a control system
  • FIG. 5 shows a flowchart
  • FIG. 6 shows a possible model
  • FIG. 7 shows a flowchart.
  • a device-in principle arbitrary-has a control arrangement 1 and a controlled system 2.
  • the controlled system 2 has an actuator 3 and a device 4 influenced by the actuator 3.
  • the actuator 3 may be, for example, a drive of a machine tool, the device 4 influenced by the actuator 3 is a portal of the machine.
  • An actual value x of the actuator 3 or the device 4 influenced by the actuator 3 is detected by means of a sensor device 5, for example the position or the travel speed of the influenced device 4.
  • the actual value x is fed to the control device 1.
  • the control arrangement 1 is further fed to a desired value x *. Based on the actual value x and the desired value x *, the control arrangement 1 determines a manipulated variable y and controls the actuator 3 in accordance with the determined manipulated variable y. It regulates the controlled system 2 in this way.
  • the control arrangement 1 determines the manipulated variable y according to a determination rule.
  • the control arrangement 1 can be designed as a PI controller.
  • the control deviation (that is to say the difference between setpoint value x * and actual value x) is amplified by a proportional gain P and, on the other hand, the time characteristic of the control deviation is integrated with an integration time constant T.
  • the control arrangement 1 therefore has two parameters P, T, by means of which it can be parameterized.
  • control arrangement 1 is designed as a PI controller
  • the control arrangement 1 could also be embodied as another control arrangement, for example as a PID controller, as a PT1 or PT2 element, as a fuzzy controller, etc.
  • the regulation arrangement 1 can have more or less than two parameters, depending on the configuration. As far as the two parameters P and T are mentioned below, these two parameters P, T are therefore exemplary of any parameters, but not for the actual value x and the setpoint x *.
  • the parameters P, T of the control arrangement 1 determine the dynamics and the stability of the controlled system 2.
  • the parameters P, T of the control arrangement 1 should therefore be determined as optimally as possible.
  • Such a determination of the parameters P, T of Control arrangement is the aim of the present invention.
  • the procedure for determining the parameters P, T will be explained in more detail below in conjunction with FIG. In addition, FIG 1 is to be used with.
  • a model 6 is created, by which the controlled system 2 and the control arrangement 1 are modeled.
  • the step Sl is known per se.
  • an appropriate mathematical-physical model of the device 4 influenced by the actuator 3 can first be created on the basis of an analytical method.
  • a frequency characteristic of the influenced device 4 can be detected and evaluated.
  • the evaluation results in this case a model component 7a, which models the influenced device 4.
  • This procedure is also known in the prior art.
  • the model component 7a is created in such a way that it models the frequency behavior of the influenced device 4 only below a cutoff frequency.
  • the cutoff frequency is smaller than a maximum frequency up to which the frequency characteristic is detected.
  • a multi-mass model can be created whose individual masses are coupled to one another via springs.
  • a model component 7a can be created which merely models the dominant lower natural oscillations of the influenced device 4 in terms of frequency and attenuation.
  • a model component 7b is also created.
  • the model component 7b models the influence of the actuator 3 on the influenced device 4. This influence is mostly known and therefore easy to model.
  • the model component 7b for the actuator 3 is therefore easily created.
  • the model component 7b can, for example, the relationship between the travel and the power of one hand and describe the time derivatives of the positions of the masses of the multi-mass model on the other hand.
  • a model component 7c is created.
  • the model component 7c is modeled by its controller parameters.
  • the parameters P, T are identical to the controller parameters or are part of the controller parameters.
  • expected poles Z of the controlled system 2 are determined as such on the basis of the model 6. In FIG. 3, some such poles Z are shown by way of example.
  • controlled system 2 means that the actuator 3 is not actuated by the control arrangement 1.
  • this state can mean that the state of the actuator 3 is fixed At least, however, of the control arrangement 1 no manipulated variable y to the
  • Actuator 3 output.
  • the poles Z of the controlled system 2 are "expected" because they are determined in the course of step S2 on the basis of the model 6.
  • larger or smaller deviations may therefore occur give the expected poles Z of actual poles, which has the real controlled system 2.
  • an area 8 is parameterized in which expected poles Z 'of the controlled system 2 are to be located when the controlled system 2 is regulated by the control system 1.
  • the region 8 has, according to FIG. 3, a two-dimensional extent in the Laplace plane which is considerably larger than a computing accuracy with which the poles Z of the controlled system 2 are determined (without regulation of the controlled system 2 by the control arrangement 1).
  • the region 8 preferably corresponds to a closed surface in the Laplace plane. It can be determined, for example, by three variables R, a, ⁇ .
  • the quantity ⁇ is characteristic of a frequency-related minimum attenuation.
  • frequency-related minimum attenuation here means the decay of an oscillation amplitude of the actual value x at a constant setpoint value x * during a period of the oscillation.
  • the variable a is preferably characteristic for a reaction speed of the control arrangement 1.
  • the variable R is for a maximum actuation energy of the actuator 3 characteristic.
  • the variable R characteristic of the maximum point energy is fixed.
  • the variables ⁇ , a characteristic for the frequency-related minimum attenuation and the reaction rate can be changed.
  • all three variables ⁇ , a, R are changeable.
  • the area 8 is fixed. In this latter case, the step S3 can be omitted. For this reason, the step S3 in FIG 2 is shown only by dashed lines.
  • the area before the execution of a step S4 is predetermined.
  • step S4 the parameters P, T of the control device 1 are set to initial values.
  • step S5 the expected poles Z 'of the controlled system 2 are determined, which are obtained when the controlled system 2 is regulated by the control system 1 and the control system 1 is parameterized according to the last determined parameters P, T.
  • the poles Z ' are here "expected" because they are determined by the model 6.
  • step S6 it is checked whether the expected poles Z 'determined in the course of step S5 are within the predetermined range 8.
  • the determination method of FIG. 2 is ended.
  • the control arrangement 1 is parameterized in a step S7 on the basis of the last-determined parameters P, T of the control arrangement 1. Otherwise, the parameters P, T of the control arrangement 1 are varied in a step S8.
  • the variation of the parameters P, T takes place in such a way that the expected poles Z 'of the controlled system 2 controlled by the control arrangement 1 come to lie in the predetermined region 8. Such methods are known. From step S8, step S5 is returned.
  • step S8 it may be provided to check within the scope of step S8 how often the parameters P, T of the control arrangement 1 have been varied.
  • the determination method (without result) can be aborted if, after a maximum permissible number of variations, no valid parameters P, T of the control arrangement 1 could be determined.
  • the determination method according to the invention is preferably carried out by a computer 9.
  • the computer 9 has at least one processor 10, a memory 11, an input device 12 and an output device 13.
  • the memory 11 corresponds to a data carrier in the sense of the present invention.
  • a computer program 14 is stored in the memory 11.
  • the computer program 14 has machine code 15, which is directly executable by the computer 9 (more precisely: by the processor 10 of the computer 9).
  • the input device 12 which may comprise, for example, a keyboard and / or a cursor control
  • a user 16 of the computer 9 is able to specify to the computer 9 a call command A for the computer program 14.
  • the computer 9 calls the computer program 14 and executes it.
  • the execution of the computer program 14 by the computer 9 causes the computer 9 to carry out the determination method described above.
  • the computer 9 outputs the parameters P, T of the control arrangement 1 determined by it.
  • the computer 9 it is possible for the computer 9 to output the parameters P, T to the user 16.
  • the user 16 himself parameterizes the rule arrangement 1.
  • the computer 9 according to FIG. 4 is connected to the parameterizable control arrangement 1 via the output device 13. This makes it possible for the computer 9 to output the parameters P, T determined by it directly and automatically to the control arrangement 1.
  • the computer 9 If the determination method according to the invention is carried out by the computer 9 and the computer 9 outputs the parameters P, T of the control arrangement 1 determined by it directly and automatically to the control arrangement 1, in particular a procedure is possible, which will be explained in more detail below in connection with FIG ,
  • control arrangement 1 executes a control loop in an endless loop, which comprises steps S11 and S12.
  • step S the control device 1 takes the current one
  • step S12 the control arrangement 1 determines the manipulated variable y in accordance with its current parameterization and outputs the manipulated variable y to the actuator 3.
  • the computer 9 is supplied in a step S21 at least one momentary setpoint or actual value of the controlled system 2.
  • the setpoint value or the actual value can in this case be the same setpoint value x * or the same actual value x, which is fed to the control arrangement 1. Alternatively, it can be a different value.
  • the actuator 3 is a drive, by means of which as a influenced device 4 a portal is moved in a horizontal direction, the portal has a horizontal traverse, which is orthogonal to the travel direction of
  • the setpoint or actual value fed to the computer 9 can correspond, for example, to the desired or actual position of the element traversable with respect to the traverse.
  • Other embodiments are possible.
  • the computer 9 creates the model 6.
  • the calculator 9 takes into account the instantaneous setpoint or actual value of the controlled system 2 supplied to it when creating the model 6.
  • the model 6 be predetermined in a roughing, but in turn be parameterizable.
  • the parameters of the model 6 are determined as a function of the supplied setpoint or actual value.
  • Step S22 is followed by steps S23 to S28.
  • the steps S23 to S28 correspond to the steps S2 and S4 to S8 of FIG. 2.
  • the area 8 can be fixed. Alternatively, it is possible that the area 8 can be parameterized. If the area 8 can be parameterized, there is a step S29 which corresponds in content to the step S3 of FIG. However, in the embodiment according to FIG. 5, step S29 is executed before step S21. If the area 8 is parameterizable, it is possible that only a one-time default (in step S29) is possible. Alternatively, the area 8 may be interactively changeable. In the latter case, there is a step S30, which is preferably executed between steps S22 and S23. In step S30, the computer 9 checks whether the user has 16 predefined variables ⁇ , a, R for the area 8. If this is the case, he adjusts the area 8 accordingly in a step S31.
  • the computer 9 ascertains the expected poles Z of the controlled system 2 as such and the parameters P, T of the control arrangement 1 online and parameterizes the control system 1 online corresponding to the respectively determined parameters P, T.
  • the model 6 is supplemented by an additional model component 7d.
  • the model component 7d is arranged between the model components 7c for the control arrangement 1 and 7b for the actuator 3.
  • a filter is modeled by means of which the filtering out of high-frequency components of the manipulated variable y is modeled.
  • the parameters of the filter can be fixed. Alternatively, they can be changeable. In particular, a cutoff frequency, from which the filter substantially suppresses the manipulated variable y, can be parameterizable.
  • a cutoff frequency, from which the filter substantially suppresses the manipulated variable y can be parameterizable.
  • FIG. 7 it is possible to first create the model 6 in a step S41, the model 6 containing only the model components 7a, 7b and 7c, ie not the model component 7d for the filter. By means of the model 6, therefore, only the low-frequency behavior of the controlled system 2 is modeled.
  • the step S41 thus essentially corresponds to the step S1 of FIG. 2.
  • the model 6 determined as part of the step S41 is referred to below as the basic model.
  • Step S41 is followed by steps S42 to S47.
  • the steps S42 to S47 correspond to the steps S2 to S6 and S8 of FIG. 2.
  • step S48 the step determined in step S41
  • Basic model 6 supplemented by an additional model 17 to a total model 18.
  • additional model 17 a high-frequency behavior of the controlled system 2 is modeled.
  • step S49 the poles Z 'which are expected when the control arrangement 1 is parameterized according to the parameters P, T determined in the course of steps S41 to S47 are again determined.
  • step S5 of FIG. 2 the overall model 18 is used to determine the expected poles Z 'in step S49.
  • step S50 it is checked whether the expected poles Z 'determined in the course of step S49 are within the predetermined range 8.
  • a step S51 corresponding to step S7 of FIG. 2 is executed.
  • the check of step S50 is negative, the parameters P, T of the control device 1 are varied in a step S52.
  • steps S49 and S50 are performed for each overall model 18.
  • step S52 returns to step S45. Because this is done by varying the parameters P, T by re-executing the basic determination method. Preferably, however, according to the step S52, in the course of re-executing the basic determination process, the predetermined area 8 is restricted. Alternatively or additionally, the manner in which the parameters P, T are determined can be changed. In this case, step S47 is varied in step S52.
  • the procedure according to the invention has many advantages.
  • the determination of the parameters P, T is possible in many cases, although the number of parameters P, T of the control arrangement 1 is only relatively small and / or the parameters P, T can only be varied to a limited extent.
  • the computational effort for determining the parameters P, T is relatively low. In particular, it is so low that the determination method according to the invention can even be carried out online. Also, the dynamic potential of the controlled system 2 is better utilized.

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Abstract

Es wird ein Modell erstellt, durch das eine Regelstrecke und eine parametrierbare Regelanordnung modelliert werden, wobei mittels der Regelanordnung die Regelstrecke geregelt werden soll. Anhand des Modells werden zunächst erwartete Pole (Z) der Regelstrecke als solcher ermittelt. Weiterhin wird ein Bereich in der Laplace- Ebene bestimmt. Parameter der Regelanordnung werden auf Anfangswerte gesetzt. Sodann werden anhand des Modells erwartete Pole (Z') der Regelstrecke bei von der Regelanordnung geregelter Regelstrecke ermittelt, wenn die Regelanordnung mit den zuletzt bestimmten Parametern parametriert ist. Die Parameter der Regelanordnung werden variiert, bis die erwarteten Pole (Z') der Regelstrecke bei von der Regelanordnung geregelter Regelstrecke innerhalb des zuvor bestimmten Bereichs (8) liegen.

Description

Beschreibung
Bestimmungsverfahren für Parameter einer parametrierbaren Regelanordnung und darauf beruhende Gegenstände
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bestimmungsverfahren für Parameter einer parametrierbaren Regelanordnung, mittels derer eine Regelstrecke geregelt werden soll.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, das Maschinencode aufweist, der von einem Rechner unmittelbar ausführbar ist und dessen Ausführung durch den Rechner bewirkt, dass der Rechner ein derartiges Bestimmungsverfahren ausführt.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Rechner, wobei der Rechner einen Speicher und eine Eingabeeinrichtung aufweist, wobei im Speicher ein Computerprogramm der obenstehend beschriebenen Art gespeichert ist, wobei dem Rechner über die Eingabeeinrichtung von einem Benutzer des Rechners ein Aufrufbefehl vorgebbar ist, wobei die Vorgabe des Aufrufbefehls den Aufruf und die Ausführung des Computerprogramms durch den Rechner bewirkt.
Derartige Betriebsverfahren, Computerprogramme und Rechner sind allgemein bekannt. Sie werden unter anderem bei der Pa- rametrierung von Regelanordnungen eingesetzt, mittels derer Werkzeugmaschinen hochgenau gesteuert werden, meist im Mikrometerbereich. Die Regelstrecke wird meist als Achse oder als Maschinenachse bezeichnet. Sie umfasst oftmals einen lageregelbaren Elektromotor, eine steuerbare Energieversorgung für den Elektromotor und ein vom Elektromotor verstellbares Element, beispielsweise ein Portal. Die steuerbare Energieversorgung wird oftmals auch als Antrieb bezeichnet. Der Elekt- romotor entspricht einem Stellglied der Regelstrecke. Die
Einheit von Energieversorgung, Elektromotor und verstellbarem Element entspricht einer Regelstrecke im Sinne der vorliegenden Erfindung. Die Ansteuerung des Antriebs erfolgt in der Regel mittels einer Regelanordnung, die eine Lageregelung des Elektromotors bewirkt. In Einzelfällen ist auch eine Drehzahlregelung denkbar. Die Regelanordnung ist in vielen Fällen parametrierbar . Als einfaches Beispiel einer parametrierbaren Regelanordnung sei ein PI-Regler (PI = proportional-integral) genannt. Ein derartiger Regler weist zwei Parameter auf, mittels derer seine Eigenschaften bestimmt sind, nämlich seine Proportionalverstärkung und seine Integrationszeitkonstante.
Die Parameter der Regelanordnung sollten möglichst optimal eingestellt sein. Insbesondere sollten die Eigenwerte des Regelsystems (also der Regelstrecke, wenn sie von der Regelanordnung geregelt wird) in einem vorab definierten Bereich liegen. Denn hierdurch lässt sich im Betrieb ein geringes
Schwingungsverhalten der Regelstrecke erreichen, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit und die Produktivität der Maschine gesteigert werden können.
Mit den Regelungsansätzen, die auf der in der Antriebstechnik weit verbreiteten Kaskadenstruktur (Lageregler - unterlager- ter Geschwindigkeitsregler - unterlagerter Stromregler) basieren, ist eine einfache und freie Vorgabe der Eigenwerte nicht möglich.
Mittels modellbasierter Bestimmungsverfahren für die Parameter der Regelanordnung ist eine freie Vorgabe der Regelparameter zwar prinzipiell möglich. Bei diesem Verfahren wird ein Modell erstellt, durch das die Regelstrecke und die Regelan- Ordnung modelliert werden. Anhand des Modells werden erwartete Pole der Regelstrecke als solcher ermittelt, also die Pole, die erwartet werden, wenn die Regelstrecke von der Regelanordnung nicht geregelt wird. Anhand des Modells werden die Parameter der Regelanordnung derart ermittelt, dass er- wartete Pole der Regelstrecke bei von der Regelanordnung geregelter Regelstrecke (also des Regelsystems) einen vorbestimmten Wert aufweisen. Modellbasierte Bestimmungsverfahren werden in der Praxis jedoch nur selten angewendet. Die wesentlichen Gründe hierfür sind, dass der Aufwand zur Erstellung des Modells sehr hoch ist und dass eine Robustheit der Regelung nur schwer oder gar nicht gewährleistet werden kann. Insbesondere ist die Einstellung der Pole auf die vorbestimmten Werte nur möglich, wenn eine hochkomplexe Regelanordnung mit vielen einstellbaren Parametern angesetzt wird. Mit der Anzahl der einstellbaren Parameter steigen jedoch sowohl der Aufwand zur Modellie- rung der Regelanordnung als auch der Aufwand zur Ermittlung der Parameter der Regelanordnung weit überproportional an.
Aus der DE 10 2004 050 903 Al ist ein Bestimmungsverfahren für Parameter einer parametrierbaren Regelanordnung bekannt, wobei mittels der Regelanordnung eine Regelstrecke geregelt werden soll. Bei diesem Bestimmungsverfahren wird ein Modell erstellt, durch das die Regelstrecke und die Regelanordnung modelliert werden. Anhand des Modells werden erwartete Pole der Regelstrecke als solcher ermittelt.
Aus dem DE 296 10 789 Ul ist eine Einrichtung bekannt, mittels derer modellgestützt Parameter einer Regelanordnung bestimmt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer auf relativ einfache Weise sowohl das Modell der Regelanordnung erstellt werden kann als auch die Parameter der Regelanordnung bestimmbar sind und darüber hinaus eine relativ einfache Regelanordnung verwendbar ist.
Die Aufgabe wird zunächst durch ein Bestimmungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren entspricht im Ansatz der obenstehend bereits beschriebenen Vorgehensweise. Ebenso wie beim Stand der Technik wird ein Modell erstellt, durch das die Regelstrecke und die Regelanordnung modelliert werden. Anhand des Modells werden erwartete Pole der Regelstrecke als solcher ermittelt. Weiterhin werden anhand des Modells die Parameter der Regelanordnung ermittelt. Erfindungsgemäß wird jedoch ein Bereich in der Laplace-Ebene be- stimmt. Die Parameter der Regelanordnung werden auf Anfangswerte gesetzt. Anhand des Modells werden die erwarteten Pole des Regelsystems (also der Regelstrecke bei von der Regelanordnung geregeltem Stellglied) ermittelt. Die Ermittlung erfolgt hierbei mit den zuletzt bestimmten Parametern der Regelanordnung. Die Parameter der Regelanordnung werden variiert, bis die erwarteten Pole des Regelsystems innerhalb des zuvor bestimmten Bereichs liegen. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind also die Werte, welche die erwarteten Pole der Regelstrecke bei von der Regelanordnung geregeltem Stellglied aufweisen sollen, nicht exakt vorbestimmt. Vorbestimmt ist vielmehr nur ein Bereich, innerhalb dessen die exakten Werte liegen sollen.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm gelöst, das Maschinencode aufweist, der von einem Rechner unmittelbar ausführbar ist und dessen Ausführung durch den Rechner bewirkt, dass der Rechner ein erfindungsgemäßes Bestimmungsverfahren ausführt. Das Computerprogramm kann hierbei auf einem Datenträger gespeichert sein.
Schließlich wird die Aufgabe durch einen Rechner gelöst, der einen Speicher und eine Eingabeeinrichtung aufweist, wobei im Speicher ein erfindungsgemäßes Computerprogramm gespeichert ist, wobei dem Rechner über die Eingabeeinrichtung von einem Benutzer des Rechners ein Aufrufbefehl vorgebbar ist, wobei die Vorgabe des Aufrufbefehls den Aufruf und die Ausführung des Computerprogramms durch den Rechner bewirkt.
Der Bereich kann auf verschiedene Art und Weise bestimmt sein. Am einfachsten ist die Bestimmung des Bereichs, wenn der Bereich in der Laplace-Ebene einer geschlossenen Fläche entspricht . Der Bereich kann in der Laplace-Ebene durch eine verschiedene Anzahl von Größen bestimmt sein, wobei weiterhin die Größen für verschiedene physikalische Bedingungen charakteristisch sein können. Vorzugsweise ist der Bereich durch drei Größen bestimmt. Je eine der Größen kann hierbei für eine frequenzbezogene Minimaldämpfung, eine Reaktionsgeschwindigkeit der Regelanordnung und eine maximale Stellenergie eines von der Regelanordnung angesteuerten Stellgliedes der Regelanordnung charakteristisch sein.
Vorzugsweise ist der Bereich parametrierbar . In Verbindung mit der Ausgestaltung, dass je eine der Größen für eine frequenzbezogene Minimaldämpfung, eine Reaktionsgeschwindigkeit der Regelanordnung und eine maximale Stellenergie des Stell- gliedes charakteristisch ist, können beispielsweise die für die maximale Stellenergie des von der Regelanordnung angesteuerten Stellgliedes charakteristische Größe fest vorgegeben sein und die für die frequenzbezogene Minimaldämpfung und die Reaktionsgeschwindigkeit charakteristischen Größen para- metrierbar sein. Alternativ zu einer Parametrierbarkeit des Bereichs kann der Bereich jedoch auch fest vorgegeben sein.
Prinzipiell ist es möglich, dass ein Mensch das Bestimmungsverfahren ausführt. In aller Regel wird es jedoch von einem Rechner ausgeführt.
Wenn das Bestimmungsverfahren von einem Rechner ausgeführt wird, ist es insbesondere möglich,
- dass dem Rechner während des Regeins der Regelstrecke durch die Regelanordnung (online) mindestens ein momentaner Solloder Istwert der Regelstrecke zugeführt wird,
- dass der Rechner den mindestens einen momentanen Soll- oder Istwert der Regelstrecke bei der Erstellung des Modells berücksichtigt, - dass der Rechner die erwarteten Pole der Regelstrecke als solcher und die Parameter der Regelanordnung online ermittelt und - dass der Rechner die Regelanordnung online entsprechend den jeweils ermittelten Parametern parametriert .
Insbesondere in diesem letztgenannten Fall sollte der Rechner eine Ausgabeeinrichtung aufweisen, über die der Rechner mit der parametrierbaren Regelanordnung verbunden ist. Denn dadurch ist der Rechner in der Lage, die von ihm ermittelten Parameter an die Regelanordnung auszugeben. Die zuletzt beschriebene Ausgestaltung des Rechners ist jedoch auch dann möglich, wenn die Vorgabe der Parameter an die Regelanordnung nicht online erfolgt.
Das Modell umfasst vorzugsweise nur diejenigen Eigenschaften der Regelstrecke und der Regelanordnung, welche durch die Re- gelung der Regelstrecke in Bezug auf Dynamik und Dämpfung von Schwingungen beeinflusst werden sollen. In vielen Fällen ist dies nur das niederfrequente Verhalten der Regelstrecke. Um auch das hochfrequente Verhalten der Regelstrecke zu berücksichtigen, sind im Wesentlichen zwei Vorgehensweise möglich. Zum einen ist es möglich, dass das Modell ein Filter aufweist, das zwischen einer die Regelanordnung modellierenden Modellkomponente und einer die Regelstrecke modellierenden Modellkomponente angeordnet ist. In diesem Fall kann mittels des Filters das Ausfiltern hochfrequenter Komponenten eines von der Regelanordnung auszugebenden Steuersignals modelliert werden .
Alternativ ist es möglich, das obenstehend beschriebene Bestimmungsverfahren, also ein Bestimmungsverfahren, bei dem nur das niederfrequente Verhalten der Regelstrecke modelliert wird, als Grundbestimmungsverfahren anzusehen. Das im Rahmen des Grundbestimmungsverfahrens verwendete Modell wird hierbei nachfolgend als Grundmodell bezeichnet. Bei dieser Ausgestaltung wird das Grundmodell mindestens einmal durch ein Zusatz- modell ergänzt, durch das ein hochfrequentes Verhalten der
Regelstrecke modelliert wird. In diesem Fall wird überprüft, ob die erwarteten Pole der Regelstrecke bei von der Regelanordnung geregelter Regelstrecke auch bei Verwendung des durch das Zusatzmodell ergänzten Grundmodells innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegen. Die im Rahmen des Grundbestimmungsverfahrens ermittelten Parameter werden variiert, wenn die erwarteten Pole der Regelstrecke bei von der Regelanordnung geregelter Regelstrecke bei Verwendung des durch das Zusatzmodell ergänzten Grundmodells außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegen.
Das Variieren der Parameter der Regelanordnung kann auf ver- schiedene Art und Weise erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das
Variieren der Parameter durch erneutes Ausführen des Grundbestimmungsverfahrens. Im Rahmen des erneuten Ausführens des Grundbestimmungsverfahrens wird hingegen der vorbestimmte Bereich eingeschränkt. Alternativ oder zusätzlich kann die Art und Weise geändert werden, auf welche die Parameter ermittelt werden .
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbin- düng mit der Zeichnung. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
FIG 1 eine von einer Regelanordnung geregelte Regelstrecke und ein Modell, FIG 2 ein Ablaufdiagramm, FIG 3 einen Ausschnitt einer Laplace-Ebene, FIG 4 einen Rechner und eine Regelanordnung, FIG 5 ein Ablaufdiagramm, FIG 6 ein mögliches Modell und FIG 7 ein Ablaufdiagramm.
Gemäß FIG 1 weist eine - prinzipiell beliebige - Einrichtung eine Regelanordnung 1 und eine Regelstrecke 2 auf. Die Regelstrecke 2 weist ein Stellglied 3 und eine vom Stellglied 3 beeinflusste Einrichtung 4 auf. Das Stellglied 3 kann bei- spielsweise ein Antrieb einer Werkzeugmaschine sein, die vom Stellglied 3 beeinflusste Einrichtung 4 ein Portal der Maschine . Mittels einer Sensoreinrichtung 5 wird ein Istwert x des Stellglieds 3 oder der vom Stellglied 3 beeinflussten Einrichtung 4 erfasst, beispielsweise die Lage oder die Verfahrgeschwindigkeit der beeinflussten Einrichtung 4. Der Istwert x wird der Regelanordnung 1 zugeführt. Der Regelanordnung 1 wird weiterhin ein Sollwert x* zugeführt. Anhand des Istwerts x und des Sollwerts x* ermittelt die Regelanordnung 1 eine Stellgröße y und steuert das Stellglied 3 entsprechend der ermittelten Stellgröße y an. Sie regelt auf diese Weise die Regelstrecke 2.
Die Regelanordnung 1 ermittelt die Stellgröße y gemäß einer Ermittlungsvorschrift. Beispielsweise kann die Regelanordnung 1 als PI-Regler ausgebildet sein. In diesem einfachen Bei- spiel wird einerseits die Regelabweichung (d. h. die Differenz von Sollwert x* und Istwert x) mit einer Proportionalverstärkung P verstärkt und andererseits der zeitliche Verlauf der Regelabweichung mit einer Integrationszeitkonstanten T aufintegriert . Bei der beispielhaften Ausgestaltung der Regelanordnung 1 weist die Regelanordnung 1 daher zwei Parameter P, T auf, mittels derer sie parametrierbar ist.
Das obenstehende Beispiel, gemäß dem die Regelanordnung 1 als PI-Regler ausgebildet ist, ist rein beispielhaft. Alternativ könnte die Regelanordnung 1 auch als andere Regelanordnung ausgebildet sein, beispielsweise als PID-Regler, als PTl- oder PT2-Glied, als Fuzzy-Regler usw.. Auch kann die Regelanordnung 1 je nach Ausgestaltung mehr oder weniger als zwei Parameter aufweisen. Soweit nachstehend die beiden Parameter P und T erwähnt werden, stehen diese beiden Parameter P, T daher beispielhaft für beliebige Parameter, jedoch nicht für den Istwert x und den Sollwert x* .
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Regelanordnung 1 bestimmen die Parameter P, T der Regelanordnung 1 die Dynamik und die Stabilität der Regelstrecke 2. Die Parameter P, T der Regelanordnung 1 sollten daher möglichst optimal bestimmt sein. Eine derartige Bestimmung der Parameter P, T der Regelanordnung ist Ziel der vorliegenden Erfindung. Die Vorgehensweise zur Bestimmung der Parameter P, T wird nachfolgend in Verbindung mit FIG 2 näher erläutert. Ergänzend ist hierbei FIG 1 mit heranzuziehen.
Gemäß FIG 2 wird in einem Schritt Sl zunächst ein Modell 6 erstellt, durch das die Regelstrecke 2 und die Regelanordnung 1 modelliert werden.
Der Schritt Sl ist an sich bekannt. Beispielsweise kann zunächst anhand eines analytischen Verfahrens ein entsprechendes mathematisch-physikalisches Modell der vom Stellglied 3 beeinflussten Einrichtung 4 erstellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Frequenzkennlinie der beeinflussten Ein- richtung 4 erfasst und ausgewertet werden. Die Auswertung ergibt in diesem Fall eine Modellkomponente 7a, welche die beeinflusste Einrichtung 4 modelliert. Auch diese Vorgehensweise ist im Stand der Technik bekannt. Erfindungsgemäß wird die Modellkomponente 7a jedoch derart erstellt, dass sie das Fre- quenzverhalten der beeinflussten Einrichtung 4 nur unterhalb einer Grenzfrequenz modelliert. Die Grenzfrequenz ist hierbei kleiner als eine Maximalfrequenz, bis zu der die Frequenzkennlinie erfasst wird. Beispielsweise kann bei einer mechanischen beeinflussten Einrichtung 4 ein Mehrmassenmodell er- stellt werden, dessen einzelne Massen über Federn miteinander gekoppelt sind. Dadurch kann eine Modellkomponente 7a erstellt werden, welche lediglich die dominanten unteren Eigenschwingungen der beeinflussten Einrichtung 4 in Frequenz und Dämpfung modelliert.
Für das Stellglied 3 wird ebenfalls eine Modellkomponente 7b erstellt. Die Modellkomponente 7b modelliert den Einfluss des Stellgliedes 3 auf die beeinflusste Einrichtung 4. Dieser Einfluss ist meist bekannt und daher einfach modellierbar. Die Modellkomponente 7b für das Stellglied 3 ist daher ohne weiteres erstellbar. Bei einer mechanischen beeinflussten Einrichtung 4 kann die Modellkomponente 7b beispielsweise den Zusammenhang zwischen Stellweg und Stellenergie einerseits und den zeitlichen Ableitungen der Positionen der Massen des Mehrmassenmodells andererseits beschreiben.
Auch für die Regelanordnung 1 wird eine Modellkomponente 7c erstellt. Die Modellkomponente 7c wird durch ihre Reglerparameter modelliert. Je nach Umfang der Parametrierbarkeit der Regelanordnung 1 sind hierbei die Parameter P, T mit den Reglerparametern identisch oder sind Bestandteil der Reglerparameter .
In einem Schritt S2 werden anhand des Modells 6 erwartete Pole Z der Regelstrecke 2 als solcher ermittelt. In FIG 3 sind beispielhaft einige derartiger Pole Z eingezeichnet.
Mit dem Begriff „Regelstrecke 2 als solche" ist im Rahmen des Schrittes S2 gemeint, dass das Stellglied 3 von der Regelanordnung 1 nicht angesteuert wird. Dieser Zustand kann - je nach Art des Stellgliedes 3 - bedeuten, dass der Zustand des Stellgliedes 3 fest und unveränderbar ist. Zumindest aber wird von der Regelanordnung 1 keine Stellgröße y an das
Stellglied 3 ausgegeben. „Erwartet" sind die Pole Z der Regelstrecke 2 deshalb, weil sie im Rahmen des Schrittes S2 anhand des Modells 6 ermittelt werden. Je nach Grad der Übereinstimmung des Modells 6 mit der tatsächlichen, realen Re- gelstrecke 2 können sich daher größere oder kleinere Abweichungen der erwarteten Pole Z von tatsächlichen Polen ergeben, welche die reale Regelstrecke 2 aufweist.
In einem Schritt S3 wird ein Bereich 8 parametriert, in dem erwartete Pole Z' der Regelstrecke 2 liegen sollen, wenn die Regelstrecke 2 von der Regelanordnung 1 geregelt wird. Der Bereich 8 weist hierbei gemäß FIG 3 in der Laplace-Ebene eine zweidimensionale Ausdehnung auf, die erheblich größer als eine Rechengenauigkeit ist, mit der die Pole Z der Regelstrecke 2 (ohne Regelung der Regelstrecke 2 durch die Regelanordnung 1) ermittelt werden. Der Bereich 8 entspricht gemäß FIG 3 vorzugsweise in der Laplace-Ebene einer geschlossenen Fläche. Er kann beispielsweise durch drei Größen R, a, φ bestimmt sein. Vorzugsweise ist die Größe φ für eine frequenzbezogene Minimaldämpfung charakteristisch. Der Begriff „frequenzbezogene Minimaldämpfung" bedeutet hierbei das Abklingen einer Schwingungsamplitude des Istwerts x bei konstant gehaltenem Sollwert x* während einer Periode der Schwingung. Die Größe a ist vorzugsweise für eine Reaktionsgeschwindigkeit der Regelanordnung 1 charakteristisch. Die Größe R ist für eine maximale Stellenergie des Stellgliedes 3 charakteristisch.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die für die maximale Stellenergie charakteristische Größe R fest vorgegeben. Die für die frequenzbezogene Minimaldämpfung und die Reaktionsgeschwindigkeit charakteristischen Größen φ, a sind hingegen veränderbar. Alternativ ist jedoch ebenfalls möglich, nur die für die frequenzbezogene Minimaldämpfung charakteristische Größe φ oder nur die für die Reaktionsgeschwindigkeit charakteristische Größe a veränderbar ist und die jeweils anderen Größen a, R bzw. φ, R fest vorgegeben sind. Auch ist möglich, dass alle drei Größen φ, a, R veränderbar sind. Auch ist es möglich, dass der Bereich 8 fest vorgegeben ist. In diesem letztgenannten Fall kann der Schritt S3 entfallen. Aus diesem Grund ist der Schritt S3 in FIG 2 nur gestrichelt eingezeichnet.
Unabhängig davon, ob der Bereich 8 parametrierbar oder fest vorgegeben ist, ist der Bereich vor der Ausführung eines Schrittes S4 vorbestimmt.
Im Schritt S4 werden die Parameter P, T der Regelanordnung 1 auf Anfangswerte gesetzt. In einem Schritt S5 werden die erwarteten Pole Z' der Regelstrecke 2 ermittelt, die sich erge- ben, wenn die Regelstrecke 2 von der Regelanordnung 1 geregelt wird und die Regelanordnung 1 entsprechend den zuletzt bestimmten Parametern P, T parametriert ist. Die Pole Z' sind auch hier „erwartet", weil sie anhand des Modells 6 ermittelt werden .
In einem Schritt S6 wird geprüft, ob die im Rahmen des Schrittes S5 ermittelten erwarteten Pole Z' innerhalb des vorbestimmten Bereichs 8 liegen. Wenn die erwarteten Pole Z' innerhalb des vorbestimmten Bereichs 8 liegen, ist das Bestimmungsverfahren von FIG 2 beendet. In diesem Fall wird die Regelanordnung 1 in einem Schritt S7 anhand der zuletzt er- mittelten Parameter P, T der Regelanordnung 1 parametriert . Anderenfalls werden die Parameter P, T der Regelanordnung 1 in einem Schritt S8 variiert. Das Variieren der Parameter P, T erfolgt auf eine Art und Weise, dass die erwarteten Pole Z' der von der Regelanordnung 1 geregelten Regelstrecke 2 in dem vorbestimmten Bereich 8 zu liegen kommen. Derartige Verfahren sind bekannt. Vom Schritt S8 wird zum Schritt S5 zurückgegangen .
Zum Vermeiden einer Endlosschleife kann vorgesehen sein, im Rahmen des Schrittes S8 zu überprüfen, wie oft die Parameter P, T der Regelanordnung 1 variiert wurden. Gegebenenfalls kann das Bestimmungsverfahren (ergebnislos) abgebrochen werden, wenn nach einer maximal zulässigen Anzahl von Variierungen keine gültigen Parameter P, T der Regelanordnung 1 ermit- telt werden konnten.
Das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren wird vorzugsweise von einem Rechner 9 ausgeführt. Der Rechner 9 weist hierfür gemäß FIG 4 zumindest einen Prozessor 10, einen Speicher 11, eine Eingabeeinrichtung 12 und eine Ausgabeeinrichtung 13 auf .
Der Speicher 11 entspricht einem Datenträger im Sinne der vorliegenden Erfindung. In dem Speicher 11 ist ein Computer- programm 14 gespeichert. Das Computerprogramm 14 weist Maschinencode 15 auf, der vom Rechner 9 (genauer: vom Prozessor 10 des Rechners 9) unmittelbar ausführbar ist. Über die Eingabeeinrichtung 12 (die beispielsweise eine Tastatur und/oder eine Cursorsteuerung umfassen kann) ist ein Benutzer 16 des Rechners 9 in der Lage, dem Rechner 9 einen Aufrufbefehl A für das Computerprogramm 14 vorzugeben. Wenn dem Rechner 9 der Aufrufbefehl A vorgegeben wird, ruft der Rechner 9 das Computerprogramm 14 auf und führt es aus. Die Ausführung des Computerprogramms 14 durch den Rechner 9 bewirkt, dass der Rechner 9 das obenstehend beschriebene Bestimmungsverfahren ausführt.
Der Rechner 9 gibt die von ihm ermittelten Parameter P, T der Regelanordnung 1 aus. Prinzipiell ist es möglich, dass der Rechner 9 die Parameter P, T an den Benutzer 16 ausgibt. In diesem Fall parametriert der Benutzer 16 selbst die Regelan- Ordnung 1. Vorzugsweise jedoch ist der Rechner 9 gemäß FIG 4 über die Ausgabeeinrichtung 13 mit der parametrierbaren Regelanordnung 1 verbunden. Denn dadurch ist es möglich, dass der Rechner 9 die von ihm ermittelten Parameter P, T direkt und selbsttätig an die Regelanordnung 1 ausgibt.
Wenn das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren von dem Rechner 9 ausgeführt wird und der Rechner 9 die von ihm ermittelten Parameter P, T der Regelanordnung 1 direkt und selbsttätig an die Regelanordnung 1 ausgibt, ist insbesondere eine Vorgehensweise möglich, die nachfolgend in Verbindung mit FIG 5 näher erläutert wird.
Gemäß FIG 5 führt die Regelanordnung 1 in einer Endlosschleife ein Regelverfahren aus, das Schritte Sil und S12 umfasst. Im Schritt Sil nimmt die Regelanordnung 1 den momentanen
Sollwert x* und - von der Sensoreinrichtung 5 - den momentanen Istwert x entgegen. Im Schritt S12 ermittelt die Regelanordnung 1 entsprechend ihrer aktuellen Parametrierung die Stellgröße y und gibt die Stellgröße y an das Stellglied 3 aus.
Während des Regeins der Regelstrecke 2 durch die Regelanordnung 1, also parallel zur Ausführung der Schritte Sil und S12 durch die Regelanordnung 1 und damit online, wird dem Rechner 9 in einem Schritt S21 mindestens ein momentaner Sollwert oder Istwert der Regelstrecke 2 zugeführt. Der Sollwert bzw. der Istwert kann hierbei derselbe Sollwert x* bzw. derselbe Istwert x sein, welcher der Regelanordnung 1 zugeführt wird. Alternativ kann es sich um einen anderen Wert handeln. Wenn beispielsweise das Stellglied 3 ein Antrieb ist, mittels dessen als beeinflusste Einrichtung 4 ein Portal in einer Horizontalrichtung verfahren wird, das Portal eine horizontale Traverse aufweist, die orthogonal zur Verfahrrichtung des
Portals orientiert ist, und auf der Traverse ein Element angeordnet ist, dessen Lage variierbar ist, kann der dem Rechner 9 zugeführte Soll- bzw. Istwert beispielsweise mit der Soll- bzw. Istlage des bezüglich der Traverse verfahrbaren Elements korrespondieren. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich .
In einem Schritt S22 erstellt der Rechner 9 das Modell 6. Im Unterschied zum Schritt Sl von FIG 2 berücksichtigt der Rech- ner 9 hierbei den ihm zugeführten momentanen Soll- bzw. Istwert der Regelstrecke 2 bei der Erstellung des Modells 6. Beispielsweise kann das Modell 6 in einer Grobstrukturierung vorbestimmt sein, jedoch seinerseits parametrierbar sein. In diesem Fall erfolgt die Bestimmung der Parameter des Modells 6 in Abhängigkeit von dem zugeführten Soll- bzw. Istwert.
Auf den Schritt S22 folgen Schritte S23 bis S28. Die Schritte S23 bis S28 entsprechen den Schritten S2 und S4 bis S8 von FIG 2.
Analog zu der möglichen Vorgehensweise von FIG 2 kann der Bereich 8 fest vorgegeben sein. Alternativ ist es möglich, dass der Bereich 8 parametrierbar ist. Wenn der Bereich 8 parametrierbar ist, ist ein Schritt S29 vorhanden, der inhaltlich dem Schritt S3 von FIG 2 entspricht. Der Schritt S29 wird bei der Ausgestaltung gemäß FIG 5 jedoch vor dem Schritt S21 ausgeführt . Wenn der Bereich 8 parametrierbar ist, ist es möglich, dass nur eine einmalige Vorgabe (im Schritt S29) möglich ist. Alternativ kann der Bereich 8 interaktiv veränderbar sein. Im letztgenannten Fall ist ein Schritt S30 vorhanden, der vor- zugsweise zwischen den Schritten S22 und S23 ausgeführt wird. Im Schritt S30 prüft der Rechner 9, ob ihm vom Benutzer 16 geänderte Größen φ, a, R für den Bereich 8 vorgegeben worden sind. Wenn dies der Fall ist, passt er den Bereich 8 in einem Schritt S31 entsprechend an.
Mittels der Vorgehensweise gemäß FIG 5 wird erreicht, dass der Rechner 9 die erwarteten Pole Z der Regelstrecke 2 als solcher und die Parameter P, T der Regelanordnung 1 online ermittelt und die Regelanordnung 1 online entsprechend den jeweils ermittelten Parametern P, T parametriert .
Wie obenstehend bereits erwähnt, wird mittels des Modells 6 vorzugsweise nur das niederfrequente Verhalten der Regelstrecke 2 modelliert. Um auch das höherfrequente Verhalten der Regelstrecke 2 zu berücksichtigen, sind zwei alternative Vorgehensweisen möglich. Diese beiden alternativen Vorgehensweisen werden nachfolgend in Verbindung mit FIG 6 bzw. FIG 7 näher erläutert.
Gemäß FIG 6 wird das Modell 6 durch eine zusätzliche Modellkomponente 7d ergänzt. Die Modellkomponente 7d ist zwischen den Modellkomponenten 7c für die Regelanordnung 1 und 7b für das Stellglied 3 angeordnet. Mittels der zusätzlichen Modellkomponente 7d wird ein Filter modelliert, mittels dessen das Ausfiltern hochfrequenter Komponenten der Stellgröße y modelliert wird.
Die Parameter des Filters können fest vorgegeben sein. Alternativ können sie veränderbar sein. Insbesondere kann eine Grenzfrequenz, ab der das Filter die Stellgröße y im Wesentlichen unterdrückt, parametrierbar sein. Alternativ zu der Ausgestaltung von FIG 6 ist es gemäß FIG 7 möglich, in einem Schritt S41 zunächst das Modell 6 zu erstellen, wobei das Modell 6 nur die Modellkomponenten 7a, 7b und 7c enthält, also nicht auch die Modellkomponente 7d für das Filter. Mittels des Modells 6 wird daher nur das niederfrequente Verhalten der Regelstrecke 2 modelliert. Der Schritt S41 entspricht somit im Wesentlichen dem Schritt Sl von FIG 2. Das im Rahmen des Schrittes S41 ermittelte Modell 6 wird nachfolgend als Grundmodell bezeichnet.
An den Schritt S41 schließen sich Schritte S42 bis S47 an. Die Schritte S42 bis S47 korrespondieren mit den Schritten S2 bis S6 und S8 von FIG 2.
In einem Schritt S48 wird das im Schritt S41 ermittelte
Grundmodell 6 durch ein Zusatzmodell 17 zu einem Gesamtmodell 18 ergänzt. Durch das Zusatzmodell 17 wird ein hochfrequentes Verhalten der Regelstrecke 2 modelliert.
In einem Schritt S49 werden erneut die Pole Z' ermittelt, die erwartet werden, wenn die Regelanordnung 1 entsprechend den im Rahmen der Schritte S41 bis S47 ermittelten Parametern P, T parametriert ist. Im Unterschied zum Schritt S5 von FIG 2 wird im Schritt S49 zur Ermittlung der erwarteten Pole Z' je- doch das Gesamtmodell 18 herangezogen.
In einem Schritt S50 wird überprüft, ob die im Rahmen des Schrittes S49 ermittelten erwarteten Pole Z' innerhalb des vorbestimmten Bereichs 8 liegen. Wenn die Prüfung des Schrit- tes S50 positiv verläuft, wird ein Schritt S51 ausgeführt, der dem Schritt S7 von FIG 2 entspricht. Wenn die Prüfung des Schrittes S50 hingegen negativ verläuft, werden die Parameter P, T der Regelanordnung 1 in einem Schritt S52 variiert.
Es ist natürlich auch möglich, im Schritt S48 das Grundmodell 6 parallel durch verschiedene Zusatzmodelle 17 zu ergänzen und so mehrere Gesamtmodelle 18 zu ermitteln. In diesem Fall werden die Schritte S49 und S50 für jedes Gesamtmodell 18 ausgeführt .
Vorzugsweise wird vom Schritt S52 aus zum Schritt S45 zurück- gegangen. Denn dadurch erfolgt das Variieren der Parameter P, T durch erneutes Ausführen des Grundbestimmungsverfahrens. Vorzugsweise wird jedoch entsprechend dem Schritt S52 im Rahmen des erneuten Ausführens des Grundbestimmungsverfahrens der vorbestimmte Bereich 8 eingeschränkt. Alternativ oder zu- sätzlich kann die Art und Weise geändert werden, auf welche die Parameter P, T ermittelt werden. In diesem Fall wird im Rahmen des Schrittes S52 der Schritt S47 variiert.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist in vielen Fällen die Ermittlung der Parameter P, T möglich, obwohl die Anzahl der Parameter P, T der Regelanordnung 1 nur relativ klein ist und/oder die Parameter P, T nur in begrenztem Umfang variierbar sind. Ferner ist der Rechenaufwand zur Bestimmung der Parameter P, T relativ ge- ring. Insbesondere ist er so gering, dass das erfindungsgemäße Bestimmungsverfahren sogar online ausführbar ist. Auch wird das Dynamikpotential der Regelstrecke 2 besser ausgenutzt .
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Bestimmungsverfahren für Parameter (P, T) einer paramet- rierbaren Regelanordnung (1), mittels derer eine Regelstrecke (2) geregelt werden soll, mit folgenden Schritten:
- Es wird ein Modell (6) erstellt, durch das die Regelstrecke
(2) und die Regelanordnung (1) modelliert werden,
- anhand des Modells (6) werden erwartete Pole (Z) der Regelstrecke (2) als solcher ermittelt, - es wird ein Bereich (8) in der Laplace-Ebene bestimmt,
- die Parameter (P, T) der Regelanordnung (1) werden auf Anfangswerte gesetzt,
- anhand des Modells (6) werden die erwarteten Pole (Z') der Regelstrecke (2) bei von der Regelanordnung (1) geregelter Regelstrecke (2) ermittelt, wenn die Regelanordnung (1) mit den zuletzt bestimmten Parametern (P, T) parametriert ist,
- die Parameter (P, T) der Regelanordnung (1) werden variiert, bis die erwarteten Pole (Z') der Regelstrecke (2) bei von der Regelanordnung (1) geregelter Regelstrecke (2) inner- halb des Bereichs (8) liegen.
2. Bestimmungsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bereich (8) in der Laplace-Ebene einer geschlossenen Fläche entspricht.
3. Bestimmungsverfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bereich (8) durch drei Größen (φ, a, R) bestimmt ist.
4. Bestimmungsverfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass je eine der Größen (φ, a,R) für eine frequenzbezogene Minimaldämpfung, für eine Reaktionsgeschwindigkeit der Regelanordnung (1) und für eine maximale Stellenergie (3) eines von der Regelanordnung (1) angesteuerten Stellgliedes (3) der Regelstrecke (2) charakteristisch ist.
5. Bestimmungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Be¬ reich (8) parametrierbar ist.
6. Bestimmungsverfahren nach Anspruch 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die für die maximale Stellenergie des von der Regelanordnung (1) angesteuerten Stellgliedes (3) charakteristische Größe (R) fest vorgegeben ist und dass die für die frequenzbezogene Minimaldämpfung und die Reaktionsgeschwindigkeit charakteristischen Größen (φ, a) parametrierbar sind.
7. Bestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Be- reich (8) fest vorgegeben ist.
8. Bestimmungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es von einem Rechner (9) ausgeführt wird.
9. Bestimmungsverfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass dem Rechner (9) während des Regeins der Regelstrecke
(2) durch die Regelanordnung (1) (online) mindestens ein momentaner Soll- oder Istwert der Regelstrecke (2) zugeführt wird,
- dass der Rechner (9) den mindestens einen momentanen Solloder Istwert der Regelstrecke (2) bei der Erstellung des Modells (6) berücksichtigt, - dass der Rechner (9) die erwarteten Pole (Z) der Regelstrecke (2) als solcher und die Parameter (P, T) der Regelanordnung (1) online ermittelt und
- dass der Rechner die Regelanordnung (1) online entsprechend den jeweils ermittelten Parametern (P, T) parametriert .
10. Bestimmungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Modell (6) ein Filter (7d) aufweist, das zwischen einer die Regelanordnung (1) modellierenden Modellkomponente (7c) und einer die Regelstrecke (2) modellierenden Modellkomponente (7a + 7b) angeordnet ist und dass mittels des Filters (7d) das Ausfiltern hochfrequenter Komponenten einer von der Regelanordnung (1) auszugebenden Stellgröße (y) modelliert wird.
11. Bestimmungsverfahren für Parameter (P, T) einer paramet- rierbaren Regelanordnung (1), mittels derer eine Regelstrecke (2) geregelt werden soll, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass ein Grundbestimmungsverfahren ausgeführt wird, das einem Bestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 entspricht, - dass das im Rahmen des Grundbestimmungsverfahrens verwendete Modell (6) (Grundmodell 6) nur das niederfrequente Verhalten der Regelstrecke (2) modelliert,
- dass das Grundmodell (6) mindestens einmal durch ein Zusatzmodell (17) ergänzt wird, durch das ein hochfrequentes Verhalten der Regelstrecke (2) modelliert wird,
- dass überprüft wird, ob die erwarteten Pole (Z' ) der Regelstrecke (2) bei von der Regelanordnung (1) geregelter Regelstrecke (2) auch bei Verwendung des durch das Zusatzmodell (17) ergänzten Grundmodells (6) innerhalb des vorbe- stimmten Bereichs (8) liegen, und
- dass die im Rahmen des Grundbestimmungsverfahrens ermittelten Parameter (P, T) variiert werden, wenn die erwarteten Pole (Z') der Regelstrecke (2) bei von der Regelanordnung (1) geregelter Regelstrecke (2) bei Verwendung des durch das Zusatzmodell (17) ergänzten Grundmodells (6) außerhalb des vorbestimmten Bereichs (8) liegen.
12. Bestimmungsverfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Variieren der Para- meter (P, T) durch erneutes Ausführen des Grundbestimmungsverfahrens erfolgt und dass im Rahmen des erneuten Ausführens des Grundbestimmungsverfahrens der vorbestimmte Bereich (8) eingeschränkt wird und/oder die Art und Weise, auf welche die Parameter (P, T) ermittelt werden, geändert wird.
13. Computerprogramm, das Maschinencode (15) aufweist, der von einem Rechner (9) unmittelbar ausführbar ist und dessen Ausführung durch den Rechner (9) bewirkt, dass der Rechner (9) ein Bestimmungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche ausführt .
14. Datenträger mit einen auf dem Datenträger gespeicherten Computerprogramm (14) nach Anspruch 13.
15. Rechner, wobei der Rechner einen Speicher (11) und eine Eingabeeinrichtung (12) aufweist, wobei im Speicher (11) ein Computerprogramm (14) nach Anspruch 13 gespeichert ist, wobei dem Rechner über die Eingabeeinrichtung (12) von einem Benutzer (16) des Rechners ein Aufrufbefehl (A) vorgebbar ist, wobei die Vorgabe des Aufrufbefehls (A) den Aufruf und die Ausführung des Computerprogramms (14) durch den Rechner bewirkt.
16. Rechner nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rechner eine Ausgabeeinrichtung
(13) aufweist, über die der Rechner mit der parametrierbaren Regelanordnung (1) verbunden ist, und dass der Rechner die von ihm ermittelten Parameter (P, T) an die Regelanordnung (1) ausgibt .
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