Was Sie über Hocheffizienzmotoren wissen müssen

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FAULHABER Antriebssysteme

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

ISH Ingenieursozietät GmbH

Latenzfreie Regelung mehrerer Servoachsen

Prof. Dr.-Ing. Jochen Abke (Professur für computergestützte Messtechnik an der FH Lübeck und Chefentwickler bei JABIS) berichtet über die optimierte und latenzfreie Auswertung von Encodern mittels FPGA zur Regelung synchroner Servoachsen. Sein Beitrag beschreibt ein System zur gleichzeitigen, hochgenauen Positions- und Geschwindigkeitsmessung mehrerer Servoachsen. Die damit gewonnenen Messdaten erlauben es, die Achsen während ihrer Bewegung durch elektronische Regelkreise exakt zu synchronisieren.

Zur Messwerterfassung dienen handelsübliche Inkrementaldrehgeber. Die Auswerteelektronik wird in konfigurierbarer Logik (FPGA) in Hardware parallel ausgeführt, um mehrere Motorachsen absolut gleichzeitig und verzögerungsfrei auszuwerten.

Das Auswerteprinzip, das in diesem Beitrag ausführlich beschrieben wird, vereint Quadraturencoder, Nullpunktinitialisierung, Fehlererkennung, Positionszähler, Geschwindigkeitsbestimmung und Genauigkeitsüberwachung für alle Achsen in einem FPGA. Durch die Kombination mit einem Mikrocontroller wird der Regelkreis geschlossen und sämtliche Achsen mit hoher Genauigkeit synchronisiert.

Die Bedienung und Überwachung des Systems geschieht über eine Benutzeroberfläche auf Basis von HTML5 und Javascript. Jeder gewöhnliche Webbrowser kann sich als Client mit dem im System integrierten Webserver verbinden. Über dieselbe Schnittstelle erfolgt auch eine grafische Visualisierung der Motorbewegungen für Diagnosezwecke.

Automatisierte Optimierung mittels Simulation

Um die automatisierte Optimierung des Kaskadenreglers für Werkzeugmaschinen-Achsantriebe auf Basis von Systemsimulationen geht es im Vortrag von Hanna Baumgartl (Spezialistin für Systemsimulation bei CADFEM).

Die Forderung nach immer größeren Zerspanvolumina pro Zeiteinheit bei exzellenten Oberflächengüten stellt Werkzeugmaschinenhersteller vor große Aufgaben. Allein das Optimieren von Einzelkomponenten, seien es mechanische Komponente, Achsantriebsmotoren oder Spindelmotoren, führt nicht zwangsläufig zu einem optimalen Zerspanergebnis.

Hier gilt es, die Interaktion der einzelnen Komponenten im Zusammenhang mit Steuerung und Regelung zu bewerten. Diese Interaktion kann auf Basis von Systemsimulationen abgebildet werden, darüber hinaus ist eine systematische Untersuchung des Einflusses von Parametervariationen auf das Gesamtverhalten möglich.

Durch Anwendung numerischer Optimierungsalgorithmen wurden nach einer Sensitivitätsanalyse die optimalen Parameter für den Kaskadenregler (bestehend aus Stromregler, Drehzahlregler und Positionsregler) einer Antriebsachse bzw. eines Antriebsmotors für eine Werkzeugmaschine gefunden und das Gesamtverhalten der Maschine bewertet.

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