Hochgenaue und hochdynamische Erfassung des mechanischen Systemzustandes elektrischer Antriebe (Bähr, Müller)

Hochgenaue und hochdynamische Erfassung des mechanischen Systemzustandes elektrischer Antriebe

A. Bähr (Betreuer: P. Mutschler )

Stand: durch Diss. 2004 abgeschlossen

Für hochdynamische und hochpräzise Anwendungen wie sie z. B. in modernen Werkzeugmaschinen vorliegen, muß der el. Antrieb u.a. folgende Eigenschaften haben: extremer Drehzahl-Gleichlauf, Dämpfung mechanischer Resonanzen und hochdynamische Reaktion sowohl bei Führung als auch bei Störung. Während bei schwingungsfähigen mechanischen Übertragungselementen im Antriebsstrang eine aktive Dämpfung durch den Motor gefordert wird, ist bei Direktantrieben (ohne Untersetzung) die dynamische Steifheit bei Laststößen von großem Interesse. Durch die Fortschritte in der Leistungselektronik und der Antriebsregelung ist man heute in der Lage, ein gewünschtes Moment sehr schnell im Motor einzustellen (Kleinsignal Momentenanregelzeit „100ms). Mit der derzeit üblichen Erfassung des mechanischen Systemzustandes kann eine hohe Momentendynamik jedoch nicht voll ausgenutzt werden, da unter anderem die Unzulänglichkeiten der Erfassung von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung (Quantisierungsstufen, Geberfehler usw.) nur eine reduzierte Dynamik dieser Regelung zulassen. Zur Verbesserung der Erfassung des mechanischen Systemzustandes existieren bereits zahlreiche Ansätze und Realisierungen, mit dem derzeit neu hinzukommenden Drehbeschleunigungssensor erweitert sich die Palette der Möglichkeiten nochmals deutlich. Ziel ist es, die zahlreichen Möglichkeiten zur Ermittlung des mechanischen Systemzustandes hinsichtlich Aufwand und Nutzen vergleichend zu untersuchen und darüber hinaus Verbesserungen bei der Ermittlung des mechanischen Systemzustandes zu erreichen. Der Aufwand für eine Lösung wird bestimmt durch die erforderliche Zusatzhardware sowie die erforderlichen Rechner- Ressourcen (Rechenleistung , Speicherbedarf usw.). Der Nutzen einer Lösung soll an einem Prüfstand bestimmt werden durch

a) die erreichbare, dynamische Steifheit (Lageabweichung bei Laststoß) des lagegeregelten Antriebes und

b) den Effektivwert der Oberschwingungen im Ständerstrom bei Stationärbetrieb einer Drehfeldmaschine. Damit wird die auch im Stationärzustand noch vorhandene “Unruhe„ im Regelkreis bewertet.

“Comparison of Speed Acquisition Methods based on Sinusoidal Encoder Signals„
Optim 2002, 16.05.-17.05., Brasow, Rumänien
JEE Journal of Electrical Engineering, volume 2 no. 1 / January-June 2002,www.jee.ro

“Systematic Error Correction Methods for Sinusoidal Encoders and their Application in Servo Control„
EPE 2003, 02.-04.09., Toulouse, Frankreich

“Theoretical and experimental investigation of a servo control's dynamic stiffness and smoothness„
OPTIM'04 Conference; May 2004, Brasov

“Speed Acquisition Methods for High-Bandwidth Servo Drives"
D17 Darmstädter Dissertation, 2004

Regelverfahren zur aktiven Schwingungsdämpfung

I. Müller (Betreuer: P. Mutschler)

Stand: abgeschlossen

Antriebssysteme besitzen aufgrund der Elastizität der mechanischen Verbindung zwischen dem Antrieb und der Last Resonanzstellen.

Für den vorhandenen Aufbau, bestehend aus einer hochdynamischen Asynchronmaschine als Antrieb und einer Gleichstrommaschine als Last, die über eine Welle miteinander verbunden sind, soll ein Verfahren entwickelt werden, das die dominanten mechanischen Schwingungen durch aktiven Eingriff in die Regelung dämpft.

Die dafür erforderlichen Parameter sollen während des Betriebs identifiziert und nachgeführt werden.

Es sollen verschiedene Konfigurationen der verwendeten Geber (maschinen- und/oder lastseitig, mit oder ohne Beschleunigungssignal) vergleichend hinsichtlich der Möglichkeiten zur Schwingungsdämpfung untersucht und bewertet werden.

Müller I.: „Estimation of the Mechanical Parameters of a stiff Three-Inertia-Drive“
PCIM 2001, 19.06.-21.06, Nürnberg

Müller I.: „Two Reliable Methods for Estimating the Mechanical Parameters of a Rotating Three-Inertia System“
EPE – PEMC 2002, 09.09.-11.09., Dubrovnik, Kroatien