Signalprozessor für präzise und mehrachsige Servoantriebe

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Die Steuerungsqualität bei niedrigen Motordrehzahlen

Die Steuerungsqualität bei niedrigen Drehzahlen hängt stark von der Auflösung der Positionsrückmeldung ab, da zur Erzeugung eines hochdynamischen Geschwindigkeitssignals in der Regelung ein Differenziator mit hoher Abtastrate erforderlich ist.

Präzisions-Encoder, die in Antrieben für Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, nutzen schnelle A/D-Wandler zur Interpolation zwischen Encoder-Inkrementen, um eine wesentlich höhere Auflösung zur Verfügung zu stellen.

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Zum Beispiel bietet ein 4096 Line Encoder (4096 Impulse je Umdrehung) mit einfacher Digitalschnittstelle eine Positionsauflösung von 14 Bit/Umdrehung. Diese Auflösung lässt sich mit Hilfe von Interpolation jedoch auf mindestens 22 Bit/Umdrehung erweitern.

Die Erhöhung auf 22 Bit Positionsauflösung unterstützt 4 Bit an Geschwindigkeitsauflösung bei 1 U/min mit einer Abtastrate von 4 kHz gegenüber 4 Bit Geschwindigkeitsauflösung bei 60 U/min mit nur 1 kHz Abtastrate.

Für eine effiziente und hochdynamische Drehmomenterzeugung per AC-Servomotor mit Permanentmagnet sind sinusförmige Statorströme erforderlich, die auf die Winkelposition des Rotormagneten ausgerichtet sind (Bild 2). Die Strom- und Feld-Ausrichtungssteuerung sorgt dafür, dass das Motordrehmoment die dynamischen Anforderungen der Drehzahlschleife erfüllt.

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Alle notwendigen PWM- und Wechselrichter-Feedback-Isolationsblöcke sind in den elektrischen Steuerungsfunktionen enthalten. Der Dreiphasen-Leistungswechselrichter versorgt die Motorwicklungen mit der erforderlichen Spannung, um die Ziel-Wicklungsströme zu treiben.

Die Stromrückkopplungsfunktion isoliert Messungen der Wicklungsströme vom Hochvolt-Wechselrichter und liefert Rückkopplungssignale an den Feldausrichtungsblock (Field Alignment).

Die Genauigkeit der Stromrückkopplung definiert die Qualität der Drehmomenterzeugung, da Verstärkungs-, Offset- oder Nichtlinearitätsfehler im Rückkopplungspfad eine Drehmomentwelligkeit erzeugt, die als Laststörung im Drehzahlcontroller erscheint.

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