Beurteilung und Simulation des Betriebsverhaltens von lagegeregelten elektrischen Direktantrieben als "elektronische Kurvenscheibe":
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
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1997
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| adam_text | Titel: Beurteilung und Simulation des Betriebsverhaltens von lagegeregelten elektrischen Direktantrieben al
Autor: Eidam, Jörg
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Jörg Eidam, Hannover Beurteilung und Simulation des Betriebsverhaltens von lagegeregelten elektrischen Direktantrieben als „Elektronische Kurven- scheibe Reihe 1: Konstruktionstechnik/ Maschinenelemente Nr. 279
V Inhaltsverzeichnis Verwendete Formelzeichen und Symbole VIII 1 Einleitung 1 1.1 Untersuchungsgegenstand und Ziel der Arbeit................ 1 1.2 Einsatzbereiche für „Elektronische Kurvenscheiben“............. 2 1.3 Stand der Technik................................ 3 1.4 Gliederung der Arbeit ............................. 5 2 Gerätetechnik 7 2.1 Funktionsweise der untersuchten Servoantriebe................ 7 2.2 Bedienoberfläche................................ 9 2.3 Speicherung und Interpolation von Sollbewegungen............. 10 2.4 Zusatzfunktionen................................ 11 2.5 Probleme .................................... 13 3 Regelungstechnische Grundlagen und Modellbildung 15 3.1 Die Laplacetransformation........................... 15 3.2 Der Regelkreis.................................. 17 3.3 Lageregelung .................................. 17 3.4 Kaskadenregelung................................ 18 3.4.1 Führungsübertragungsfunktion .................... 19 3.4.2 Störübertragungsfunktion ....................... 21 3.4.3 Arbeitsweise einer Kaskadenregelung................. 22 3.4.4 Minimalmodell eines Kaskadenregelkreises.............. 23 3.4.5 Abstimmung der Reglerparameter .................. 24 3.5 Parallel aufgebauter Regler........................... 26 3.5.1 Führungsübertragungsfunktion .................... 26 3.5.2 Störübertragungsfunktion ....................... 27 3.5.3 Vereinfachter Parallelregler....................... 28 3.6 Reglerverhalten im Bode-Diagramm ..................... 28 3.7 Vorsteuerung.................................. 30 3.8 Stabilität und Übertragungsverhalten im Wurzelortsdiagramm....... 34 3.9 Schwingfähige Last............................... 38 3.9.1 Beschreibung des Lastsystems..................... 38 3.9.2 Anwendung auf ein System mit Kaskadenregler........... 39 3.9.3 Anwendung auf ein System mit Parallelregler ............ 43 3.10 Last mit
veränderlichem Massenträgheitsmoment..............46 3.10.1 Allgemeine Systemmerkmale...................... 47 3.10.2 Technische Nutzung der Eigenbewegung ............... 48
VI 4 Simulation 50 ‘1.1 Zielsetzungen und Hilfsmittel ......................... 50 1.2 Sollwertdateicn................................. 51 1.2.1 Erzeugung von Sollwertdateien .................... 51 ?1.2.2 Testfunktionen ............................. 51 1.3 Simulationsrnodellc............................... 52 4.3.1 Sirnulationssteuerung und -auswertung................ 52 4.3.2 Kaskadenregelkreis........................... 53 4.3.3 Parallelregelkreis............................ 56 4.3.4 Erweiterung um ein schwingfähiges System.............. 57 4.3.5 Erweiterung um ein Koppelgetriebe.................. 58 4.3.6 Erzeugung einer Eigenbewegung.................... 59 1.4 Berechnung von Bode- und Wurzelortsdiagrammen ............. 60 5 Versuchsdurchführung 62 5.1 Auswahl von Meßgrößen............................ 62 5.2 Mechanischer Versuchsaufbau......................... 63 5.3 Meßaufbau und Meßgeräte........................... 65 5.3.1 Messung mit eigenen Geräten..................... 65 5.3.2 Meßsystem der Servoverstärker .................... 68 5.3.3 Vergleich der Meßsysteme....................... 68 5.4 Nachbearbeitung der Meßdaten........................ 69 5.4.1 Verarbeitung der Beschleunigungsmessung.............. 69 5.4.2 Ermittlung des Schleppfehlers..................... 70 5.5 Parameteridentifikation............................. 70 5.5.1 Bode-Diagramm............................. 71 5.5.2 Koeffizienten und Parameter ..................... 71 6 Vergleich von Messung und Simulation 75 6.1 Basisregelkreise...................... 75 6.2 Schwingfähiger Abtrieb............................. 78 6.3 Koppelgetriebe als Abtrieb........................... 79 7 Betriebsverhalten 81 7.1 Betriebsverhalten ohne Vorsteuerung..................... 81 7.1.1 Kaskadenregler............................. 81 7.1.2 Parallelregler.............................. 83 7.2 Stabilität..................................... 86 7.3
Para.meterstudien................................ 88 7.3.1 Kaskadenrcgler............................. 88 7.3.2 Parallelregler.............................. 91
VII 7.4 Typisches Betriebsverhalten mit Vorsteuerung................ 93 7.4.1 Kaskadenregler............................. 93 7.4.2 Parallelregler.............................. 96 7.5 Betrieb mit schwingfähiger Last........................ 98 7.5.1 Kaskadenregler............................. 99 7.5.2 Parallelregler..............................103 7.6 Betrieb mit veränderlichem Massenträgheitsmoment ............107 7.6.1 Antrieb mit konstanter Winkelgeschwindigkeit............108 7.6.2 Antrieb mit Eigenbewegung......................110 7.7 Auswahl von Bewegungsgesetzen für einen Servoantrieb ..........112 7.7.1 Gestalterfüllung.............................113 7.7.2 Einfluß eines Bewegungsgesetzes auf den Energiebedarf.......115 7.7.3 Einfluß eines Bewegungsgesetzes auf die Erwärmung ........116 7.7.4 Maximalmoment und Maximalstrom.................118 7.8 Einsatz von HS-Profilen ............................119 7.9 Vergleich der untersuchten Geräte.......................120 8 Zusammenfassung 121 9 Anhang 123 9.1 Daten der untersuchten Geräte ........................123 9.2 Meßfehler....................................124 9.2.1 Winkelmessung.............................124 9.2.2 Beschleunigungsmessung........................125 9.2.3 Messungen der Servoverstärker ....................126 9.3 Zahlenwerte zu dargestellten Funktionsverläufen ..............127 10 Literatur 132 11 Stichwortverzeichnis 139
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