Antriebstechnik/Motion Control Automatische Reglereinstellung für schnelle Inbetriebnahme

Die optimale Einstellung aller Reglerparameter und Vorsteuerwerte für Strom, Geschwindigkeit und Position ist nicht trivial. Ein intelligentes Auto-Tuning von maxon motor löst für den Anwender diese Aufgabe.

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Heute wird von einem Servoverstärker nicht nur die optimale Lösung der Antriebsaufgabe sowie die schnelle und präzise Antriebsregelung erwartet, sondern dazu auch benutzerfreundliche, für den jeweiligen Anwendungsfall passende Funktionen für Bedienung, Konfiguration und Diagnose. Dazu bieten die EPOS2-Positioniersteuerungen (EPOS; Easy to use POsitioning System) von maxon motor viele Komfortfunktionen für die schnelle und einfache Inbetriebnahme des Antriebs.

Ein Hauptaugenmerk liegt dazu auf elektronischen Hilfsmitteln, die den Benutzer von der mühsamen und oft langwierigen Einstellung der Regler entlastet. Bei der Inbetriebnahme wird er durch ein Menü geführt.Zur Ermittlung aller notwendigen Reglerparameter gibt es ein automatisches Einstellverfahren (Auto Tuning). Mit diesem Verfahren werden alle benötigten Parameter des Stromreglers, des Drehzahlreglers und des Positionsreglers sowie eventuelle Vorsteuerwerte (Feed Forward) automatisch und optimal ermittelt.

Die digitalen EPOS2-Positioniersteuerungen von maxon motor eignen sich für DC- und EC-Motoren mit Inkrementalencoder. EC-Motor ist eine Bezeichnung für bürstenlose Gleichstrommotoren, oft auch BLDC-Motor genannt. Die EPOS2-Steuerungen sind in unterschiedlichen Baugrössen für Motoren mit einer Nennleistung von 1 bis etwa 700 W verfügbar. Verschiedene Betriebsmodi, beispielsweise Profile Position Mode, Profile Velocity Mode oder Current Mode, ermöglichen ein breites Anwendungsfeld in verschiedensten Geräten, Maschinen und Industrieanlagen. Mehrere dieser Steuerungen können durch die weitverbreitete Kommunikationsschnittstelle CAN (CANopen nach CiA 402) zu Antriebsnetzwerken verkoppelt werden.

Die EPOS2-Reihe hat drei verschiedene Reglertypen

Die EPOS2-Produktreihe erlaubt die Konfiguration von drei verschiedenen Reglertypen: Stromregler, Drehzahlregler, Positionsregler. Der Stromregler ist dafür konzipiert, den Motorstrom schnell gegen den Widerstand der Motorinduktivität einzuprägen und damit das gewünschte Drehmoment des Motors aufzubauen. Mit dem Stromregler werden außerdem äußere Störgrößen, wie beispielsweise Schwankungen in der Versorgungsspannung ausgeregelt. Damit erhält man die völlige Kontrolle über den Motorstrom, unabhängig von Motoreigenschaften und Versorgungsspannung. Neben einer Verbesserung der Dynamik können damit auch die Stromgrenzen, beziehungsweise die Drehmomentgrenzen, zuverlässig eingehalten werden (alle Diagramme, Reglerstrukturen und die Darstellungen zum abschließenden Praxisbeispiel finden Sie in der Bildergalerie).

Der Drehzahlregler mit unterlagertem Stromregler kommt zum Einsatz, um Änderungen der gewünschten Drehzahl schnell folgen zu können. Ebenso können Störgrößen, wie beispielsweise Änderungen im Lastmoment, kompensiert werden. Zum Einsatz kommen Drehzahlregler mit unterlagertem Stromregler bei einer Vielzahl von Anwendungen, etwa bei Pumpen, Zentrifugen, Transportsystemen, Förderanlagen, Wickelmaschinen und anderes mehr.

Hochdynamische und präzise Positioniervorgänge

Für hochdynamische und präzise Positioniervorgänge gibt es den Positionsregler mit unterlagertem Stromregler. Damit kann bei Positionieraufgaben der gewünschte Positionssollwert unter Einhaltung von vorgegebenen Beschleunigungs- und Bremsverläufen und maximalen Geschwindigkeiten schnell und sicher erreicht werden. Typische Einsatzmöglichkeiten finden sich in der Automatisierungstechnik, beispielsweise bei der Steuerung von Robotern oder zum Positionieren eines Werkstückes unter einem Fräskopf.

Die Strom- beziehungsweise Drehzahlregler sind in der EPOS2 jeweils als PI-Regler konzipiert. Eine optimale Einstellung des PI-Reglers gewährleistet zum einen eine verzögerungsfreie Reaktion auf auftretende Sollwertabweichungen beim Strom und der Drehzahl und garantiert zudem durch die Kompensation von stationären Störgrössen die stationäre Genauigkeit.

Indes ist der Positionsregler in der EPOS2 als PID-Regler (proportional-integral-derivative controller) ausgeführt. Dadurch ist die Regeldynamik höher und ein schnellerer Einschwingvorgang auf die gewünschte Sollposition die Folge. Durch den dämpfend wirkenden D-Anteil werden zudem Überschwingungen, die durch große Regelfehler entstehen können, stark reduziert.

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