Automatische Reglereinstellung für schnelle Inbetriebnahme

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Ein Antriebsbeispiel aus der Praxis

Das Beispiel einer Linearachse mit Riemenantrieb und einer zu bewegenden Masse demonstriert die außerordentliche Leistungsfähigkeit des Auto Tuning-Verfahrens. Die Last soll möglichst schnell und mit möglichst geringem Regelfehler von Punkt A nach Punkt B bewegt werden. Der Motor treibt über ein Getriebe den Zahnriemen an. Als Antrieb wird ein EC-i-Motor von maxon mit 50 W Nennleistung eingesetzt. Diese Art von Motor zeichnet sich vor allem durch hohe Dynamik und hohe Drehmomentdichte aus. Die Lageregelung der Schlittenposition beziehungsweise der mechanischen Last erfolgt indirekt über den im Motor eingebauten Geber. Die Positioniersteuerung ist eine EPOS2 50/5.

Für die selbsttätige Einstellung des Stromreglers wird zuerst die Strecke gemäß dem oben erläuterten Verfahren identifiziert und dann die PI-Stromreglerparameter berechnet. Für den Positionsregler wird das Verfahren sinngemäß wiederholt und nebst den PID-Positionsreglerparametern werden auch noch die Vorsteuerparameter berechnet.

Die Bilder 7 bis 10 (siehe Bildergalerie) zeigen die Verbesserungen der Dynamik, wenn Auto Tuning auf das beschriebene praktische Beispiel angewendet wird. Bild 7 stellt die Eigenschaften des Stromreglers vor dem Auto Tuning dar. Die Reaktion des Motorstroms auf einen Sollwertsprung von 100 mA ist langsam, der Motorstrom pendelt stark um den ge-wünschten Wert.

Bild 8 zeigt dieselbe Situation, jedoch nach erfolgtem Auto Tuning des Stromreglers. Der Motorstrom folgt dem Sollwert ohne Überschwingungen in deutlich weniger als 1 ms. Die verbleibenden, sehr kleinen Fluktuationen sind im Wesentlichen auf die endliche Auflösung des A/D-Wandlers bei der Strommessung zurückzuführen.

Das dynamische Verhalten des Positionsreglers für einen Positioniervorgang des Schlittens entsprechend einer Sollwertänderung von 0 qc auf 5000 qc (qc=Quadcount; ein Impuls der Gebereinheit entspricht 4 qc) ist in Bild 9 aufgezeichnet. Erkennbar ist das starke Pendeln um die Solltrajektorie, jeweils angeregt durch die Beschleunigungs- und Bremsvorgänge des Positioniervorgangs.

Im Gegensatz dazu ist nach dem Auto Tuning ein praktisch perfekter Verlauf der Position des Schlittens erkennbar. Der Schleppfehler ist außerordentlich gering, die stationäre Genauigkeit wird in sehr kurzer Zeit erreicht (Bild 10).

Die Bilder 7 bis 10 zeigen die erreichten Verbesserungen der Regelungsdynamik. Spezielle regelungstechnische Kenntnisse werden vom Anwender nicht benötigt. Und da dieses Verfahren zur automatischen Reglereinstellung besonders schnell und zuverlässig arbeitet, kann die Positioniersteuerung in wenigen Sekunden in Betrieb genommen werden. //

* * Zakia Zeroual... ist System- und Entwicklungsingenieurin bei maxon motor ag, Sachseln (Schweiz)

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