WO2008128918A1 - Regelanordnung mit korrektur lageabhängiger systematischer fehler - Google Patents

Regelanordnung mit korrektur lageabhängiger systematischer fehler Download PDF

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WO2008128918A1
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control arrangement
values
evaluation device
actual
derived
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PCT/EP2008/054493
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Roland Finkler
Hans-Georg KÖPKEN
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a control arrangement for an electric drive, wherein the control arrangement comprises a controller, of which, during operation of the control arrangement, setpoint values and actual values of the drive are processed within the scope of a desired-actual control.
  • Control arrangements usually operate according to FIG. 1 according to the principle that a setpoint variable x * is fed to a controller 1, to which a controlled system 2 is to be regulated.
  • the corresponding actual value x of the controlled system 2 is detected by means of a measuring sensor 3 and likewise supplied to the controller 1.
  • the controller 1 Based on the setpoint x * and the actual value x - usually on the basis of the difference between setpoint x * and actual value x - the controller 1 determines a manipulated variable u for the controlled system 2 and regulates the controlled system 2 to the desired setpoint x *.
  • control arrangement does not work optimally.
  • disturbances z often affect the controlled system 2 in practice, so that the actual value x does not correspond to the desired value x * despite ideal regulation.
  • the actual value detection is (slightly) faulty, that is to say the actual value x delivered by the encoder 3 does not correspond exactly to the actual value of the controlled system 2.
  • the detection of such deviations of the actual value x from the actual value and the correction provided by the encoder 3 are a first object of the present invention.
  • drives often nested control arrangements are used. An example of such a control arrangement is shown in FIG.
  • a control arrangement for a drive 4 has a position controller 5, a speed controller 6 which is subordinate to the position controller 5, and a current controller 7 which is subordinate to the speed controller 6.
  • the output signal of the current regulator 7 acts on the drive 4 via a current regulator 8.
  • a current sensor 9 the actual current I is detected and supplied to a node 10 in which the difference of Nominal current I * and actual current I.
  • a position sensor 11 an actual position value p is detected and fed to a further node 12, in which the difference between the position setpoint p * and the actual position value p is formed.
  • the output signal of the position controller 5 corresponds to a speed setpoint value v *. From the speed setpoint v *, a speed actual value v is subtracted in a third node 13. The actual speed value v is generally determined in a differentiator 14 on the basis of the actual position value p.
  • the control arrangement of FIG. 2 is usually operated in a clocked manner, that is to say it repeats the execution of its control algorithm with a working clock T of, for example, 125 ⁇ s (corresponds to a clock frequency of 8 kHz).
  • the object of the present invention is therefore to provide a control arrangement for an electric drive, by means of which a systematic error contained in the desired values and / or the actual values can be determined and corrected.
  • the control arrangement has a determination device, from which, during operation of the control arrangement, a derived variable is determined iteratively depending on at least the actual values, and the derived variable is fed to an evaluation device.
  • the evaluation device assigns the derived variables to a respective position value of the drive. After accumulating a sufficient number of derived variables, the evaluation device determines characteristic values of a systematic error contained in the desired values and / or the actual values.
  • the evaluation device determines correction values as a function of the determined characteristic values and switches the correction values to the setpoint values, the actual values or the difference between setpoints and actual values.
  • the control arrangement according to the invention can always be used if systematic errors are present.
  • it can be used independently of whether the systematic error - as seen with regard to the position of the drive - is regularly recurring (ie periodic) or not.
  • the systematic error is at least in a partial section of the travel range of the drive (often even in the entire
  • the characteristic values can be spectral coefficients which are based on a was correct, for all spectral coefficients unitary period of the drive are related.
  • control arrangement it is possible for the control arrangement to be designed in such a way that, during operation of the control arrangement, it maintains a speed at which the position values of the drive change at least approximately constant during the accumulation of the sufficiently large number of derived variables.
  • the evaluation device can determine the spectral coefficients by a temporal spectral analysis of the derived quantities.
  • the evaluation device determines the spectral coefficients by a location-related spectral analysis of the derived quantities. This procedure can be implemented independently of whether the speed with which the position values of the drive change is kept constant or not.
  • the evaluation device sorts the derived quantities into subjects related to the location period and determines the spectral coefficients if at least one derived variable is sorted into a sufficient number of the subjects.
  • the spectral coefficients are relatively easy to determine.
  • the evaluation device for determining the spectral coefficients per compartment uses the last sorted in the respective compartment derived size. As a rule, however, it leads to better results if the evaluation device determines the mean value of the derived quantities sorted into the respective compartment per compartment and determines the spectral coefficients on the basis of the mean values.
  • the derived quantity determined by the determining means depends on the Difference in the time derivative of the actual value from a subordinate setpoint determined by the controller on the basis of the actual value and the setpoint.
  • the difference can be divided by a speed with which the position values change. In the latter case, it leads to better results if the derived quantity is determined by the determining means only if the amount of the speed exceeds a minimum value.
  • the procedure according to the invention leads to good results if occurring disturbance forces are not correlated with the systematic error. In the event that such a correlation exists, the systematic error can nevertheless be determined.
  • the evaluation device it is necessary for the evaluation device to assign the derived quantities as a function of at least one further magnitude of one of a plurality of measurement series, based on the derived quantities of one of the measurement series, and the characteristic values on the basis of the pre-coefficients determined by at least two of the measurement series.
  • the further variable may, for example, be the speed with which the position values change.
  • the evaluation device preferably switches the correction values to the actual values, the desired values or the difference of setpoints and actual values at a low-pass filter in terms of time. This approach leads to a smoother control behavior of the controller.
  • the control arrangement may comprise a position sensor, from which, during operation of the control arrangement, an actual position value of the drive is detected in each case simultaneously for detecting the actual values and is supplied to the evaluation device as a position value. This procedure leads to particularly good results.
  • control arrangement of FIG. 3 is based on the control arrangement of FIG.
  • present invention is also applicable to other control arrangements.
  • control arrangement of FIG. 3 has a detection device 15, an evaluation device 16 and a Aufschaltblock 17.
  • it may further include a low pass filter 18 (or equivalent).
  • the Aufschaltblock 17 is arranged according to FIG 3 such that detected by the evaluation device 16 correction values are switched to the actual position value p.
  • the correction values could alternatively also be applied to the position setpoints p * or to the difference of the position setpoints p * and the actual position values p.
  • the control arrangement of FIG. 3 like the control arrangement of FIG. 2, generally operates with a fixed operating cycle T of, for example, 125 ⁇ s. Insofar as the acquisition and processing of actual values p, v, I and the corresponding setpoint values p *, v *, I * is subsequently treated, this is done these acquisitions and processing with the power stroke T iterative.
  • setpoint and actual values p *, v *, I *, p, v, I of the drive 4 of each of the controllers 5 to 7 of the closed-loop controller 5 are the position setpoint values p * and the actual position values p *. processed as part of a target-actual control.
  • a derived quantity G is determined by the determination device 15 with the working cycle T. At least the actual values p, v, I of one of the regulators 5, 6, 7 enter the derived variable G.
  • the derived variable G is preferably determined based on a control deviation, that is, for example, based on the difference between the position setpoint p * and the actual position value p. Alternatively, however, another rule deviation can be used.
  • the derived variable G is the difference between the speed setpoint value v * and the speed actual value v.
  • the speed setpoint value v * is determined here by the position controller 5 on the basis of the position setpoint value p * and the actual position value p.
  • the actual speed value v is determined by time derivation of the actual position value p in the differentiator 14.
  • the derived quantity G according to the formula
  • the determination device 15 supplies the derived variable G determined by it to the evaluation device 16.
  • the Evaluation device 16 accepts the derived variable G and the corresponding actual position p in a step S according to FIG.
  • the evaluation device 16 could also accept the position setpoint p *.
  • position value is therefore used below, since, depending on the application, it may alternatively be the actual value p or the setpoint value p *.
  • a step S2 the evaluation device 16 assigns the derived variable G to the position value p and stores this value pair.
  • step S3 the evaluation device 16 checks whether it has already collected sufficiently many derived quantities G. If the test of step S3 is positive, the evaluation device 16 determines in a step S4 on the basis of the derived quantities G characteristic values of a systematic error contained in the actual values p and / or the setpoint values v *. Then, in a step S5, it deletes the previously collected derived quantities G.
  • the evaluation device 16 determines correction values as a function of the characteristic values.
  • the determined correction values switch the evaluation device 16 to the actual values p in a step S7.
  • the correction values can alternatively be switched to the setpoint values p * or to the control deviation p * -p.
  • the evaluation device 16 determines the correction values in the context of step S6 exclusively on the basis of the characteristic values determined in step S4. In the simplest case, the evaluation device 16 also switches the correction values completely instantaneously to the actual values p as part of the step S7. Preferably, however, an at least simple, if possible even doubly damped connection takes place.
  • the new correction values in the context of step S6, for example according to one of the relationships
  • ⁇ is a factor that lies between zero and one.
  • Korr-neu, Kenn and Korr-alt are self-explanatory.
  • the correction values are set to preset values (generally zero) before the first determination of the characteristic values.
  • the already mentioned low-pass filter 18 may be arranged between the evaluation device 16 and the Aufschaltblock 17, the already mentioned low-pass filter 18 may be arranged.
  • the low-pass filter 8 ensures that the new correction values do not abruptly replace the previous correction values, but that the correction value change is time-smoothed.
  • the evaluation device 16 causes the correction values to be switched to the actual values p in a low-pass filtered manner in terms of time.
  • the occurring systematic error - at least in a portion of the travel of the drive 4 often even over the entire travel of the drive 4 - with the position p of the drive 4 periodically or at least approximately periodically.
  • 4 systematic errors can occur in rotationally acting drives, which are rotationally periodic.
  • the characteristics may be spectral coefficients related to a location period ⁇ of the drive 4 (for example, one revolution).
  • the location period ⁇ is predetermined and uniform for all spectral coefficients. It is possible that the control arrangement is operable such that the actual speed v of the drive 4 is kept constant (at least approximately) for a sufficiently long time.
  • the term "sufficiently long” here means a period of time which extends over a number of local periods ⁇ (for example 5, 8 or 10 local periods ⁇ ) .In this period, a sufficient number of derived quantities G are recorded and stored It is therefore possible for the evaluation device 16 to determine the spectral coefficients by a conventional temporal spectral analysis, generally known per se, of the derived quantities G. The spectral coefficients need only be determined according to their Determination to be converted to the place.
  • the evaluation device 16 performs a location-related spectral analysis of the derived quantities G and determines the spectral coefficients in this way. This last-mentioned procedure will be explained in more detail below in conjunction with FIG. 5, which represents a possible embodiment of steps S1 to S4 of FIG.
  • the evaluation device 16 takes in a
  • Step Sil is opposite to a derived quantity G and a corresponding position value p.
  • the step Sil corresponds to the step Sl of FIG. 4.
  • a step S12 the evaluation device 16 determines a number n.
  • step S13 the evaluation device 16 sorts the derived quantity G into the bin determined in step S12. The steps S12 and S13 together correspond to an embodiment of the step S2 of FIG. 4.
  • a step S14 the evaluation device 16 checks whether at least one derived variable G is sorted into a sufficient number of the compartments.
  • the evaluation device 16 can check whether at least one derived variable G is sorted into at least 75% of the threads, and whether each pocket into which no derived variable G is sorted is bounded on both sides by compartments, in each of which at least one derived Size G is sorted.
  • Step S14 corresponds to an embodiment of step S3 of FIG. 4.
  • a step S15 the evaluation device 16 determines the mean value of the derived variables G sorted into the respective compartment for each occupied compartment.
  • the evaluation device 16 also determines an average value for the unoccupied subjects. These average values can be determined by the evaluation device 16 in particular on the basis of the mean values of the immediately adjacent compartments.
  • a step S17 the evaluation device 16 uses the average values to determine the spectral coefficients. The steps S15 to S17 together correspond to a possible embodiment of the step S4 of FIG. 4.
  • the evaluation device 16 - in analogy to the steps S 1 and S 1 - accepts the respective derived variable G and the position value p in a step S 21. Furthermore, in step S21 it receives another size, for example the instantaneous actual speed v.
  • the evaluation device 16 sorts the derived quantity G analogously to step S13 into the selected compartment of the selected measurement series.
  • Step S24 the evaluation device 16 checks whether the subjects of the measurement series are sufficiently filled.
  • Step S24 essentially corresponds to a test analogous to step S14, but separately for each measurement series.
  • step S25 the evaluation device 16 determines pre-coefficients for each measurement series.
  • step S25 may correspond to an evaluation analogous to steps S15 to S17 of FIG. 5-separately for each measurement series.
  • step S26 the evaluation device 16 determines the spectral coefficients (or more generally the characteristic values) of the systematic error on the basis of the pre-coefficients of the step S25.
  • each measurement series supplies a summation value that contains, on the one hand, the systematic error and, on the other hand, a correlation-related error. If the law with which the correlation-related error depends on the further variable v is known, then the individual errors can be separated on the basis of several sum values. This will be explained in more detail below by means of an example.
  • the present invention has many advantages. In particular, it is applicable regardless of whether the error is measurement-periodic, rotation-periodic, otherwise periodic or non-periodic. He just has to be systematic.

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Abstract

Eine Regelanordnung für einen elektrischen Antrieb (4) weist einen Regler (5, 6) auf, von dem im Betrieb der Regelanordnung Sollwerte (p*, v*) und Istwerte (p, v) des Antriebs (4) im Rahmen einer Soll-Ist-Regelung verarbeitet werden. Die Regelanordnung weist weiterhin eine Ermittlungseinrichtung (15) auf, von der im Betrieb der Regelanordnung iterativ in Abhängigkeit von zumindest den Istwerten (p, v) jeweils eine abgeleitete Größe (G) ermittelt wird und die abgeleitete Größe (G) einer Auswertungseinrichtung (16) zugeführt wird. Die Auswertungseinrichtung (16) ordnet im Betrieb der Regelanordnung die abgeleiteten Größen (G) jeweils einem Lagewert (p) des Antriebs (4) zu und ermittelt nach Ansammeln hinreichend vieler abgeleiteter Größen (G) Kennwerte eines in den Sollwerten (v*) und/oder den Istwerten (p, v) enthaltenen systematischen Fehlers. In Abhängigkeit von den ermittelten Kennwerten ermittelt die Auswertungseinrichtung (16) im Betrieb der Regelanordnung Korrekturwerte und schaltet die Korrekturwerte auf die Sollwerte (p*, v*), die Istwerte (p, v) oder die Differenz von Soll- und Istwerten (p*, p; v*, v) auf.

Description

Beschreibung
Regelanordnung mit Korrektur lageabhängiger systematischer Fehler
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelanordnung für einen elektrischen Antrieb, wobei die Regelanordnung einen Regler aufweist, von dem im Betrieb der Regelanordnung Sollwerte und Istwerte des Antriebs im Rahmen einer Soll-Ist- Regelung verarbeitet werden.
Derartige Regelanordnungen sind allgemein bekannt. Insbesondere die üblichen Lage-, Drehzahl- und Stromregler von Antrieben weisen diesen Aufbau und diese Betriebsweise auf.
Regelanordnungen arbeiten üblicherweise entsprechend FIG 1 nach dem Prinzip, dass einem Regler 1 eine Sollgröße x* zugeführt wird, auf die eine Regelstrecke 2 geregelt werden soll. Der korrespondierende Istwert x der Regelstrecke 2 wird mit- tels eines Messgebers 3 erfasst und ebenfalls dem Regler 1 zugeführt. Anhand des Sollwertes x* und des Istwertes x - in der Regel anhand der Differenz von Sollwert x* und Istwert x - ermittelt der Regler 1 eine Stellgröße u für die Regelstrecke 2 und regelt die Regelstrecke 2 so auf den gewünschten Sollwert x* .
In der Praxis arbeitet die Regelanordnung nicht optimal. Insbesondere wirken in der Praxis oftmals Störgrößen z auf die Regelstrecke 2 ein, so dass der Istwert x trotz idealer Rege- lung nicht dem Sollwert x* entspricht. Weiterhin ist in vielen Fällen die Istwerterfassung (geringfügig) fehlerbehaftet, das heißt der vom Messgeber 3 gelieferte Istwert x korrespondiert nicht exakt mit dem tatsächlichen Istwert der Regelstrecke 2. Insbesondere die Erfassung derartiger Abweichungen des vom Messgeber 3 gelieferten Istwerts x vom tatsächlichen Istwert und die Korrektur dieser Abweichungen ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Bei Antrieben werden oftmals auch verschachtelte Regelanordnungen eingesetzt. Ein Beispiel einer derartigen Regelanordnung ist in FIG 2 dargestellt.
Gemäß FIG 2 weist eine Regelanordnung für einen Antrieb 4 eine Lageregler 5, einen dem Lageregler 5 unterlagerten Geschwindigkeitsregler 6 und einen dem Geschwindigkeitsregler 6 unterlagerten Stromregler 7 auf. Der Geschwindigkeitsregler 6 kann alternativ als „echter" Geschwindigkeitsregler oder als Drehzahlregler arbeiten. Das Ausgangssignal des Stromreglers 7 wirkt über einen Stromsteller 8 auf den Antrieb 4. Mittels eines Stromsensors 9 wird der Iststrom I erfasst und einem Knotenpunkt 10 zugeführt, in dem die Differenz von Sollstrom I* und Iststrom I gebildet wird. Mittels eines Lagesensors 11 wird ein Lageistwert p erfasst und einem weiteren Knotenpunkt 12 zugeführt, in dem die Differenz von Lagesollwert p* und Lageistwert p gebildet wird.
Das Ausgangssignal des Lagereglers 5 entspricht einem Ge- schwindigkeitssollwert v* . Vom Geschwindigkeitssollwert v* wird in einen dritten Knotenpunkt 13 ein Geschwindigkeitsistwert v abgezogen. Der Geschwindigkeitsistwert v wird in der Regel in einem Differenzierer 14 anhand des Lageistwertes p ermittelt .
Die Regelanordnung von FIG 2 wird üblicherweise getaktet betrieben, das heißt sie wiederholt die Ausführung ihres Regelalgorithmus mit einem Arbeitstakt T von beispielsweise 125 μs (entspricht einer Taktfrequenz von 8 kHz) .
Insbesondere bei verschachtelten Regelanordnungen (Beispiel siehe FIG 2) kann es vorkommen, dass der Istwert p des äußeren Regelkreises (gemäß Beispiel also der Lageistwert p) zwar fehlerbehaftet ist, der Fehler die Regelung des äußeren Re- gelkreises jedoch nicht stört. Allerdings kann der Fehler im Istwert p des äußeren Regelkreises einen Fehler im Sollwert v* des unterlagerten Regelkreises bewirken, der störend ist. Die Erfassung derartiger Fehler und deren Korrektur ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Regelanordnung für einen elektrischen Antrieb zu schaffen, mittels dessen ein in den Sollwerten und/oder den Istwerten enthaltener systematischer Fehler ermittelt und korrigiert werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Regelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Regelanordnung eine Ermittlungseinrichtung auf, von der im Betrieb der Regelanordnung iterativ in Abhängigkeit von zumindest den Istwerten jeweils eine abgeleitete Größe ermittelt wird und die abgeleitete Größe einer Auswertungseinrichtung zugeführt wird. Die Auswertungseinrichtung ordnet im Betrieb der Regelanordnung die abgeleiteten Größen jeweils einem Lagewert des Antriebs zu. Nach An- sammeln hinreichend vieler abgeleiteter Größen ermittelt die Auswertungseinrichtung Kennwerte eines in den Sollwerten und/oder den Istwerten enthaltenen systematischen Fehlers. Weiterhin ermittelt die Auswertungseinrichtung im Betrieb der Regelanordnung in Abhängigkeit von den ermittelten Kennwerten Korrekturwerte und schaltet die Korrekturwerte auf die Sollwerte, die Istwerte oder die Differenz von Soll- und Istwerten auf.
Die erfindungsgemäße Regelanordnung ist stets einsetzbar, wenn systematische Fehler vorhanden sind. Sie ist insbesondere unabhängig davon einsetzbar, ob der systematische Fehler - über die Lage des Antriebs gesehen - regelmäßig wiederkehrend (also periodisch) ist oder nicht. In vielen Fällen ist der systematische Fehler jedoch zumindest in einem Teilabschnitt des Verfahrbereichs des Antriebs (oftmals sogar im gesamten
Verfahrbereich des Antriebs) mit der Lage des Antriebs zumindest näherungsweise periodisch. In diesem Fall können die Kennwerte Spektralkoeffizienten sein, die auf eine vorbe- stimmte, für alle Spektralkoeffizienten einheitliche Ortsperiode des Antriebs bezogen sind.
Es ist möglich, dass die Regelanordnung derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb der Regelanordnung eine Geschwindigkeit, mit welcher die Lagewerte des Antriebs sich ändern, während des Ansammeins der hinreichend vielen abgeleiteten Größen zumindest in etwa konstant hält. In diesem Fall kann die Auswertungseinrichtung die Spektralkoeffizienten durch eine zeitliche Spektralanalyse der abgeleiteten Größen ermitteln .
Alternativ ist es möglich, dass die Auswertungseinrichtung die Spektralkoeffizienten durch eine ortsbezogene Spektral- analyse der abgeleiteten Größen ermittelt. Diese Vorgehensweise ist unabhängig davon realisierbar, ob die Geschwindigkeit, mit welcher die Lagewerte des Antriebs sich ändern, konstant gehalten wird oder nicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sortiert die Auswertungseinrichtung die abgeleiteten Größen in auf die Ortsperiode bezogene Fächer ein und ermittelt die Spektralkoeffizienten, wenn in hinreichend viele der Fächer jeweils mindestens eine abgeleitete Größe einsortiert ist. Durch diese Vorgehensweise sind die Spektralkoeffizienten relativ einfach ermittelbar.
Prinzipiell ist es möglich, dass die Auswertungseinrichtung zur Ermittlung der Spektralkoeffizienten pro Fach jeweils die letzte in das jeweilige Fach einsortierte abgeleitete Größe heranzieht. In der Regel führt es jedoch zu besseren Ergebnissen, wenn die Auswertungseinrichtung pro Fach jeweils den Mittelwert der in das jeweilige Fach einsortierten abgeleiteten Größen ermittelt und die Spektralkoeffizienten anhand der Mittelwerte ermittelt.
In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung hängt die von der Ermittlungseinrichtung ermittelte abgeleitete Größe von der Differenz der zeitlichen Ableitung des Istwertes von einem vom Regler anhand des Istwertes und des Sollwertes ermittelten unterlagerten Sollwert ab. Insbesondere kann die Differenz durch eine Geschwindigkeit, mit welcher die Lagewerte sich ändern, dividiert werden. Im letztgenannten Fall führt es zu besseren Ergebnissen, wenn die abgeleitete Größe von der Ermittlungseinrichtung nur dann ermittelt wird, wenn der Betrag der Geschwindigkeit einen Minimalwert übersteigt.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise führt zu guten Ergebnissen, wenn auftretende Störkräfte nicht mit dem systematischen Fehler korreliert sind. Für den Fall, dass eine derartige Korrelation besteht, kann der systematische Fehler dennoch ermittelt werden. Hierfür ist es erforderlich, dass die Aus- Wertungseinrichtung die abgeleiteten Größen in Abhängigkeit von mindestens einer von den Lagewerten des Antriebs verschiedenen weiteren Größe einer von mehreren Messreihen zuordnet, anhand der abgeleiteten Größen jeweils einer der Messreihen Vorkoeffizienten ermittelt und die Kennwerte an- hand der Vorkoeffizienten von mindestens zwei der Messreihen ermittelt. Die weitere Größe kann beispielsweise die Geschwindigkeit sein, mit welcher die Lagewerte sich ändern.
Vorzugsweise schaltet die Auswertungseinrichtung die Korrek- turwerte zeitlich tiefpassgefiltert auf die Istwerte, die Sollwerte oder die Differenz von Soll- und Istwerten auf. Diese Vorgehensweise führt zu einem sanfteren Regelverhalten des Reglers.
Die Regelanordnung kann einen Lagesensor aufweisen, von dem im Betrieb der Regelanordnung simultan zum Erfassen der Istwerte jeweils ein Lageistwert des Antriebs erfasst wird und der Auswertungseinrichtung als Lagewert zugeführt wird. Diese Vorgehensweise führt zu besonders guten Ergebnissen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung: FIG 1 schematisch eine Regelanordnung des Standes der Technik,
FIG 2 schematisch eine weitere Regelanordnung des Standes der Technik,
FIG 3 eine erfindungsgemäße Regelanordnung und
FIG 4 bis 6 Ablaufdiagramme .
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit einer Regelanordnung gemäß FIG 3 näher erläutert.
Die Regelanordnung von FIG 3 baut auf der Regelanordnung von FIG 2 auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei anderen Regelanordnungen anwendbar.
Zusätzlich zu den obenstehend in Verbindung mit FIG 2 beschriebenen Elementen 4 bis 14 weist die Regelanordnung von FIG 3 eine Ermittlungseinrichtung 15, eine Auswertungseinrichtung 16 und einen Aufschaltblock 17 auf. Optional kann sie weiterhin ein Tiefpassfilter 18 (oder eine gleichwirkende Einrichtung) enthalten.
Der Aufschaltblock 17 ist gemäß FIG 3 derart angeordnet, dass von der Auswertungseinrichtung 16 ermittelte Korrekturwerte auf den Lageistwert p aufgeschaltet werden. Wie in FIG 3 gestrichelt angedeutet ist, könnten die Korrekturwerte alternativ jedoch auch auf die Lagesollwerte p* oder auf die Diffe- renz der Lagesollwerte p* und der Lageistwerte p aufgeschaltet werden.
Die Regelanordnung von FIG 3 arbeitet - wie die Regelanordnung von FIG 2 auch - in der Regel mit einem festen Arbeits- takt T von beispielsweise 125 μs . Soweit nachfolgend die Erfassung und Verarbeitung von Istwerten p, v, I und der korrespondierenden Sollwerte p*, v*, I* behandelt wird, erfolgen diese Erfassungen und Verarbeitungen mit dem Arbeitstakt T iterativ.
Gemäß FIG 3 werden von jedem der Regler 5 bis 7 der Regelan- Ordnung Soll- und Istwerte p*, v*, I*, p, v, I des Antriebs 4 - beispielsweise vom Lageregler 5 die Lagesollwerte p* und die Lageistwerte p - im Rahmen einer Soll-Ist-Regelung verarbeitet. Weiterhin wird von der Ermittlungseinrichtung 15 mit dem Arbeitstakt T jeweils eine abgeleitete Größe G ermittelt. In die abgeleitete Größe G gehen zumindest die Istwerte p, v, I eines der Regler 5, 6, 7 ein. Vorzugsweise wird die abgeleitete Größe G anhand einer Regelabweichung ermittelt, also beispielsweise anhand der Differenz von Lagesollwert p* und Lageistwert p. Es kann jedoch alternativ eine andere Regelab- weichung herangezogen werden. Gemäß Ausführungsbeispiel wird als abgeleitete Größe G die Differenz von Geschwindigkeitssollwert v* und Geschwindigkeitsistwert v herangezogen. Der Geschwindigkeitssollwert v* wird hierbei vom Lageregler 5 anhand des Lagesollwerts p* und des Lageistwerts p ermittelt. Der Geschwindigkeitsistwert v wird durch zeitliche Ableitung des Lageistwerts p im Differenzierer 14 ermittelt.
Gemäß Ausführungsbeispiel wird die abgeleitete Größe G gemäß der Formel
G=-V^ (1) v
ermittelt. Die Ermittlung der abgeleiteten Größe G wird jedoch unterdrückt, wenn der Betrag des Geschwindigkeitsist- werts v zu gering ist, also unter einem Minimalwert vMin liegt. Ergänzend sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass im Nenner von Formel 1 anstelle des Geschwindigkeitsistwerts v auch der Geschwindigkeitssollwert v* stehen könnte .
Die Ermittlungseinrichtung 15 führt die von ihr ermittelte abgeleitete Größe G der Auswertungseinrichtung 16 zu. Die Auswertungseinrichtung 16 nimmt gemäß FIG 4 in einem Schritt Sl die abgeleitete Größe G und den korrespondierenden Lageistwert p entgegen. Alternativ zum Lageistwert p könnte die Auswertungseinrichtung 16 auch den Lagesollwert p* entgegen nehmen. Nachfolgend wird daher der Begriff „Lagewert" verwendet, da es sich je nach Anwendungsfall alternativ um den Istwert p oder um den Sollwert p* handeln kann.
In einem Schritt S2 ordnet die Auswertungseinrichtung 16 die abgeleitete Größe G dem Lagewert p zu und speichert dieses Wertepaar ab. In einem Schritt S3 prüft die Auswertungseinrichtung 16, ob sie bereits hinreichend viele abgeleitete Größen G gesammelt hat. Wenn die Prüfung des Schrittes S3 positiv verläuft, ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 in einem Schritt S4 anhand der abgeleiteten Größen G Kennwerte eines systematischen Fehlers, der in den Istwerten p und/oder den Sollwerten v* enthalten ist. Sodann löscht sie in einem Schritt S5 die bisher gesammelten abgeleiteten Größen G.
In einem Schritt S6 ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 in Abhängigkeit von den Kennwerten Korrekturwerte. Die ermittelten Korrekturwerte schaltet die Auswertungseinrichtung 16 in einem Schritt S7 auf die Istwerte p auf. Wie bereits erwähnt, können die Korrekturwerte alternativ auf die Sollwerte p* oder auf die Regelabweichung p*-p aufgeschaltet werden.
Im einfachsten Fall ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 die Korrekturwerte im Rahmen des Schrittes S6 ausschließlich anhand der im Schritt S4 ermittelten Kennwerte. Auch schaltet die Auswertungseinrichtung 16 im Rahmen des Schrittes S7 im einfachsten Fall die Korrekturwerte sofort vollständig auf die Istwerte p auf. Vorzugsweise erfolgt jedoch eine mindestens einfach, möglichst sogar zweifach gedämpfte Aufschaltung.
Zum einen gehen in die Korrekturwerte vorzugsweise nicht nur die neu ermittelten Kennwerte ein, sondern auch die bisherigen Korrekturwerte. Insbesondere können die neuen Korrektur- werte im Rahmen des Schrittes S6 beispielsweise gemäß einer der Beziehungen
Korr — neu = a ■ Kenn + Korr — alt ( 2 a ) und
Korr - neu = a ■ Kenn + (1 - a) ■ Korr - alt ( 2b )
bestimmt werden, α ist hierbei ein Faktor, der zwischen Null und Eins liegt. Die Begriffe Korr-neu, Kenn und Korr-alt sind selbsterklärend. Der Vollständigkeit halber sei ferner erwähnt, dass die Korrekturwerte vor dem ersten Ermitteln der Kennwerte auf voreingestellte Werte (in der Regel Null) ge- setzt werden.
Zum anderen kann zwischen der Auswertungseinrichtung 16 und den Aufschaltblock 17 das bereits erwähnte Tiefpassfilter 18 angeordnet sein. Durch das Tiefpassfilter 8 wird erreicht, dass die neuen Korrekturwerte die bisherigen Korrekturwerte nicht abrupt ersetzen, sondern die Korrekturwertänderung zeitlich verschliffen wird. Es wird also bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung 16 die Korrekturwerte zeitlich tief- passgefiltert auf die Istwerte p aufschaltet.
In vielen Fällen ist der auftretende systematische Fehler - zumindest in einem Teilbereich des Verfahrweges des Antriebs 4, oftmals sogar über den gesamten Verfahrweg des Antriebs 4 - mit der Lage p des Antriebs 4 periodisch oder zumindest nä- herungsweise periodisch. Insbesondere können bei rotatorisch wirkenden Antrieben 4 systematische Fehler auftreten, die umdrehungsperiodisch sind. In derartigen Fällen können die Kennwerte Spektralkoeffizienten sein, die auf eine Ortsperiode λ des Antriebs 4 (beispielsweise eine Umdrehung) bezogen sind. Die Ortsperiode λ ist hierbei vorbestimmt und für alle Spektralkoeffizienten einheitlich . Es ist möglich, dass die Regelanordnung derart betreibbar ist, dass die Istgeschwindigkeit v des Antriebs 4 für eine hinreichend lange Zeit (zumindest in etwa) konstant gehalten wird. Der Begriff „hinreichend lange" bedeutet hierbei einen Zeitraum, der sich über mehrere Ortsperioden λ (beispielsweise 5, 8 oder 10 Ortsperioden λ) erstreckt. Während dieses Zeitraums werden hinreichend viele abgeleitete Größen G er- fasst und gespeichert. Auf Grund des Umstands, dass die Istgeschwindigkeit v konstant gehalten wird, korrespondieren jedoch Lage p und Zeit t linear miteinander. Es ist daher möglich, dass die Auswertungseinrichtung 16 die Spektralkoeffizienten durch eine übliche, an sich allgemein bekannte zeitliche Spektralanalyse der abgeleiteten Größen G ermittelt. Die Spektralkoeffizienten müssen lediglich nach ihrer Ermittlung auf den Ort umgerechnet werden.
Alternativ zu einer zeitlichen Spektralanalyse ist es jedoch stets möglich, dass die Auswertungseinrichtung 16 eine ortsbezogene Spektralanalyse der abgeleiteten Größen G durchführt und die Spektralkoeffizienten auf diese Weise ermittelt. Diese letztgenannte Vorgehensweise wird nachfolgend in Verbindung mit FIG 5 näher erläutert, die eine mögliche Ausgestaltung der Schritte Sl bis S4 von FIG 4 darstellt.
Gemäß FIG 5 nimmt die Auswertungseinrichtung 16 in einem
Schritt Sil eine abgeleitete Größe G und einen korrespondierenden Lagewert p entgegen. Der Schritt Sil entspricht dem Schritt Sl von FIG 4.
In einem Schritt S12 ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 eine Zahl n. Die Zahl n bestimmt, in welches von mehreren (= N) Fächern die abgeleitete Größe G einsortiert werden soll. Auf Grund der Art der Bestimmung der Zahl n im Schritt S12 sind hierbei die Fächer auf die Ortsperiode λ bezogen. Im Schritt S13 sortiert die Auswertungseinrichtung 16 die abgeleitete Größe G in das im Schritt S12 bestimmte Fach ein. Die Schritte S12 und S13 entsprechen zusammen einer Ausgestaltung des Schrittes S2 von FIG 4. In einem Schritt S14 prüft die Auswertungseinrichtung 16, ob in hinreichend viele der Fächer jeweils mindestens eine abgeleitete Größe G einsortiert ist. Beispielsweise kann die Auswertungseinrichtung 16 prüfen, ob in mindestens 75 % der Fä- eher jeweils mindestens eine abgeleitete Größe G einsortiert ist und ob jedes Fach, in das keine abgeleitete Größe G einsortiert ist, beidseitig von Fächern begrenzt ist, in die jeweils mindestens eine abgeleitete Größe G einsortiert ist. Der Schritt S14 entspricht einer Ausgestaltung des Schrittes S3 von FIG 4.
In einem Schritt S15 ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 für jedes belegte Fach den Mittelwert der in das jeweilige Fach einsortierten abgeleiteten Größen G. In einem Schritt S16 ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 für die nicht belegten Fächer ebenfalls einen Mittelwert. Diese Mittelwerte kann die Auswertungseinrichtung 16 insbesondere anhand der Mittelwerte der unmittelbar benachbarten Fächer ermitteln. In einem Schritt S17 ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 an- hand der Mittelwerte die Spektralkoeffizienten. Die Schritte S15 bis S17 entsprechen zusammen einer möglichen Ausgestaltung des Schrittes S4 von FIG 4.
Die bisher in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschriebe Vorgehensweise führt zu sehr guten Ergebnissen, wenn der systematische Fehler und etwaige Störgrößen unkorreliert zueinander sind. Besteht hingegen eine derartige Korrelation, muss eine komplexere Vorgehensweise ergriffen werden. Diese komplexere Vorgehensweise wird nachfolgend in Verbindung mit FIG 6 näher erläutert.
Gemäß FIG 6 nimmt die Auswertungseinrichtung 16 - analog zu den Schritten Sl und Sil - in einem Schritt S21 die jeweilige abgeleitete Größe G und den Lagewert p entgegen. Weiterhin nimmt sie im Schritt S21 eine weitere Größe entgegen, beispielsweise die momentane Istgeschwindigkeit v. In einem Schritt S22 ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 anhand der weiteren Größe v eine von mehreren (= M) Messreihen und innerhalb der jeweiligen Messreihe analog zum Schritt S12 eines von mehreren Fächern. vMax entspricht hierbei einer im Betrieb maximal auftretenden Geschwindigkeit. Im Schritt S23 sortiert die Auswertungseinrichtung 16 die abgeleitete Größe G analog zum Schritt S13 in das selektierte Fach der selektierten Messreihe ein.
In einem Schritt S24 prüft die Auswertungseinrichtung 16, ob die Fächer der Messreihen hinreichend gefüllt sind. Der Schritt S24 entspricht im Wesentlichen einer Prüfung analog zum Schritt S14, allerdings separat für jede Messreihe.
In einem Schritt S25 ermittelt die Auswertungseinrichtung 16 für jede Messreihe Vorkoeffizienten. Der Schritt S25 kann beispielsweise - separat für jede Messreihe - einer Auswertung analog zu den Schritten S15 bis S17 von FIG 5 entsprechen. In einem Schritt S26 ermittelt die Auswertungseinrich- tung 16 schließlich anhand der Vorkoeffizienten des Schrittes S25 die Spektralkoeffizienten (bzw. allgemeiner die Kennwerte) des systematischen Fehlers.
Die Vorgehensweise von FIG 6 beruht auf dem Ansatz, dass jede Messreihe einen Summenwert liefert, der zum einen den systematischen Fehler und zum anderen einen korrelationsbedingten Fehler enthält. Wenn die Gesetzmäßigkeit, mit welcher der korrelationsbedingte Fehler von der weiteren Größe v abhängt, bekannt ist, können anhand mehrerer Summenwerte die einzelnen Fehler getrennt werden. Dies wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert.
Es sei bekannt, dass der Summenwert F sich schreiben lässt als
F = Fl + F2 (3) wobei Fl der systematische Fehler und F2 der korrelationsbedingte Fehler ist. Es sei weiterhin bekannt, dass der systematische Fehler geschwindigkeitsunabhängig ist und der korrelationsbedingte Fehler reziprok zur Geschwindigkeit v ist. In diesem Fall kann der systematische Fehler anhand von (nur) zwei Messreihen ermittelt werden, die verschiedenen Geschwindigkeiten vi, v2 zugeordnet sind. Denn in diesem Fall gilt
F(vl) = Fl + F2(vl) ( 4 )
F(v2) = Fl + F2(v2) (5)
sowie
vlF2(vl) = v2F2(v2) ( 6)
In den Formeln 4 bis 6 treten drei Unbekannte auf, nämlich der systematische Fehler Fl, der korrelationsbedingte Fehler F2 bei der ersten Geschwindigkeit vi und der korrelationsbe- dingte Fehler F2 bei der zweiten Geschwindigkeit v2. Durch Einsetzen und Auflösen lässt sich somit der systematische Fehler Fl zu
rι v2F(v2)-ylF(yl) (?) v2- vi
ermitteln .
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist sie unabhängig davon anwendbar, ob der Fehler maß- teilungsperiodisch, umdrehungsperiodisch, anderweitig periodisch oder nicht periodisch ist. Er muss lediglich systematisch sein.
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. Regelanordnung für einen elektrischen Antrieb (4),
- wobei die Regelanordnung einen Regler (5, 6) aufweist, von dem im Betrieb der Regelanordnung Sollwerte (p*, v*) und
Istwerte (p, v) des Antriebs (4) im Rahmen einer Soll-Ist- Regelung verarbeitet werden,
- wobei die Regelanordnung eine Ermittlungseinrichtung (15) aufweist, von der im Betrieb der Regelanordnung iterativ in Abhängigkeit von zumindest den Istwerten (p, v) jeweils eine abgeleitete Größe (G) ermittelt wird und die abgeleitete Größe (G) einer Auswertungseinrichtung (16) zugeführt wird,
- wobei die Auswertungseinrichtung (16) im Betrieb der Regelanordnung die abgeleiteten Größen (G) jeweils einem Lage- wert (p) des Antriebs (4) zuordnet und nach Ansammeln hinreichend vieler abgeleiteter Größen (G) Kennwerte eines in den Sollwerten (v*) und/oder den Istwerten (p, v) enthaltenen systematischen Fehlers ermittelt,
- wobei die Auswertungseinrichtung (16) im Betrieb der Regel- anordnung in Abhängigkeit von den ermittelten Kennwerten
Korrekturwerte ermittelt und die Korrekturwerte auf die Sollwerte (p*, v*), die Istwerte (p, v) oder die Differenz von Soll- und Istwerten (p*, p; v*, v) aufschaltet.
2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der systematische Fehler zumindest in einem Teilabschnitt des Verfahrbereichs des Antriebs (4) mit der Lage (p) des Antriebs (4) zumindest näherungsweise periodisch ist und dass die Kennwerte Spektralkoeffizienten sind, die auf eine vorbestimmte, für alle Spektralkoeffizienten einheitliche Ortsperiode (λ) des Antriebs (4) bezogen sind.
3. Regelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb der Regelanordnung eine Geschwindigkeit (v) , mit welcher die Lagewerte (p) des Antriebs (4) sich ändern, während des Ansammeins der hinreichend vielen abgeleiteten Größen (G) zumindest in etwa konstant hält, und dass die Auswertungseinrichtung (16) die Spektralkoeffizienten durch eine zeitliche Spektralanalyse der abgeleiteten Größen (G) ermittelt.
4. Regelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (16) die Spektralkoeffizienten durch eine ortsbezogene Spektralanalyse der abgeleiteten Größen (G) ermittelt.
5. Regelanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (16) die abgeleiteten Größen (G) in auf die Ortsperiode (λ) bezogene Fächer einsortiert und dass die Auswertungseinrichtung (16) die Spektralkoeffizienten ermittelt, wenn in hinreichend viele der Fächer jeweils mindestens eine abgeleitete Größe (G) einsortiert ist.
6. Regelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (16) pro Fach jeweils den Mittelwert der in das jeweilige Fach einsortierten abgeleiteten Größen (G) ermittelt und die Spektralkoeffizienten anhand der Mittelwerte ermittelt.
7. Regelanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Ermittlungseinrichtung (15) ermittelte abge- leitete Größe (G) von der Differenz der zeitlichen Ableitung (v) des Istwertes (p) von einem vom Regler (5) anhand des Istwertes (p) und des Sollwertes (p*) ermittelten unterlagerten Sollwert (v*) abhängt.
8. Regelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz durch eine Geschwindigkeit (v) , mit welcher die Lagewerte (p) sich ändern, dividiert wird.
9. Regelanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeleitete Größe (G) von der Ermittlungseinrichtung (15) nur dann ermittelt wird, wenn der Betrag der Geschwin- digkeit (v) einen Minimalwert (vMin) übersteigt.
10. Regelanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (16) die abgeleiteten Größen (G) in Abhängigkeit von mindestens einer von den Lagewerten (p) des Antriebs (4) verschiedenen weiteren Größe (v) einer von mehreren Messreihen zuordnet, dass die Auswertungseinrichtung (16) anhand der abgeleiteten Größen (G) jeweils einer der Messreihen Vorkoeffizienten ermittelt und dass die Auswertungseinrichtung (16) die Kennwerte anhand der Vorkoeffizienten von mindestens zwei der Messreihen ermittelt.
11. Regelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Größe (v) eine Geschwindigkeit (v) ist, mit welcher die Lagewerte (p) sich ändern.
12. Regelanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (16) die Korrekturwerte zeitlich tiefpassgefiltert auf die Istwerte (p, v) , die Sollwerte (p*, v*) oder die Differenz von Soll- und Istwerten (p*, p; v*, v) aufschaltet.
13. Regelanordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung einen Lagesensor (11) aufweist, von dem im Betrieb der Regelanordnung simultan zum Erfassen der Istwerte (p) jeweils ein Lageistwert (p) des Antriebs (4) er- fasst wird und der Auswertungseinrichtung (16) als Lagewert (p) zugeführt wird.
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