Geschwindigkeitsregler optimieren
Die Einstellung komplexer mechanischer Regelsysteme setzt Erfahrung im Umgang mit regelungstechnischen Einstellverfahren voraus. Dazu gehört die rechnerische Ermittlung von Regelkreisparametern und die Anwendung von Identifikationsverfahren.
Weniger komplexe mechanische Systeme können meist mit dem experimentellen Einstellverfahren nach der Methode aperiodischer Grenzfall erfolgreich optimiert werden. Eingestellt werden dabei die folgenden Parameter:
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Parametername HMI-Menü HMI-Name |
Beschreibung |
Einheit Minimalwert Werkseinstellung Maximalwert |
Datentyp R/W Persistente Variablen Expert |
Parameteradresse über Feldbus |
|---|---|---|---|---|
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(ConF) → (drC-) ( Pn1) |
Geschwindigkeitsregler P-Faktor. Defaultwert wird aus Motorparameter berechnet
Bei einem Umschalten zwischen den beiden Regelkreisparametersätzen erfolgt die Anpassung der Werte linear über die im Parameter CTRL_ParChgTime eingestellte Zeit. Typ: Dezimalwert ohne Vorzeichen - 2 Bytes Schreibzugriff über Sercos: CP2, CP3, CP4 In Schritten von 0,0001 A/(1/min) Geänderte Einstellungen werden sofort übernommen. |
1/min 0,0001 - 2,5400 |
UINT16 R/W per. - |
Modbus 4610 IDN P-0-3018.0.1 |
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(ConF) → (drC-) ( Pn2) |
Geschwindigkeitsregler P-Faktor. Defaultwert wird aus Motorparameter berechnet
Bei einem Umschalten zwischen den beiden Regelkreisparametersätzen erfolgt die Anpassung der Werte linear über die im Parameter CTRL_ParChgTime eingestellte Zeit. Typ: Dezimalwert ohne Vorzeichen - 2 Bytes Schreibzugriff über Sercos: CP2, CP3, CP4 In Schritten von 0,0001 A/(1/min) Geänderte Einstellungen werden sofort übernommen. |
1/min 0,0001 - 2,5400 |
UINT16 R/W per. - |
Modbus 4866 IDN P-0-3019.0.1 |
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(ConF) → (drC-) (tin1) |
Geschwindigkeitsregler Nachstellzeit. Defaultwert wird berechnet
Bei einem Umschalten zwischen den beiden Regelkreisparametersätzen erfolgt die Anpassung der Werte linear über die im Parameter CTRL_ParChgTime eingestellte Zeit. Typ: Dezimalwert ohne Vorzeichen - 2 Bytes Schreibzugriff über Sercos: CP2, CP3, CP4 In Schritten von 0,01 ms. Geänderte Einstellungen werden sofort übernommen. |
ms 0,00 - 327,67 |
UINT16 R/W per. - |
Modbus 4612 IDN P-0-3018.0.2 |
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(ConF) → (drC-) (tin2) |
Geschwindigkeitsregler Nachstellzeit. Defaultwert wird berechnet
Bei einem Umschalten zwischen den beiden Regelkreisparametersätzen erfolgt die Anpassung der Werte linear über die im Parameter CTRL_ParChgTime eingestellte Zeit. Typ: Dezimalwert ohne Vorzeichen - 2 Bytes Schreibzugriff über Sercos: CP2, CP3, CP4 In Schritten von 0,01 ms. Geänderte Einstellungen werden sofort übernommen. |
ms 0,00 - 327,67 |
UINT16 R/W per. - |
Modbus 4868 IDN P-0-3019.0.2 |
Überprüfen und optimieren Sie in einem zweiten Schritt die ermittelten Werte, siehe Kapitel P-Faktor überprüfen und optimieren.
Führungsgrößenfilter des Geschwindigkeitsreglers
Mit dem Führungsgrößenfilter des Geschwindigkeitsreglers kann das Einschwingverhalten bei optimierter Geschwindigkeitsregelung verbessert werden. Für die ersten Einstellungen des Geschwindigkeitsreglers muss der Führungsgrößenfilter deaktiviert sein.
oDeaktivieren Sie den Führungsgrößenfilter des Geschwindigkeitsreglers. Stellen Sie den Parameter CTRL1_TAUnref ( CTRL2_TAUnref) auf den unteren Grenzwert "0" ein.
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Parametername HMI-Menü HMI-Name |
Beschreibung |
Einheit Minimalwert Werkseinstellung Maximalwert |
Datentyp R/W Persistente Variablen Expert |
Parameteradresse über Feldbus |
|---|---|---|---|---|
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(ConF) → (drC-) (tAu1) |
Filterzeitkonstante für das Filter des Geschwindigkeitssollwertes. Bei einem Umschalten zwischen den beiden Regelkreisparametersätzen erfolgt die Anpassung der Werte linear über die im Parameter CTRL_ParChgTime eingestellte Zeit. Typ: Dezimalwert ohne Vorzeichen - 2 Bytes Schreibzugriff über Sercos: CP2, CP3, CP4 In Schritten von 0,01 ms. Geänderte Einstellungen werden sofort übernommen. |
ms 0,00 9.00 327,67 |
UINT16 R/W per. - |
Modbus 4616 IDN P-0-3018.0.4 |
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(ConF) → (drC-) (tAu2) |
Filterzeitkonstante für das Filter des Geschwindigkeitssollwertes. Bei einem Umschalten zwischen den beiden Regelkreisparametersätzen erfolgt die Anpassung der Werte linear über die im Parameter CTRL_ParChgTime eingestellte Zeit. Typ: Dezimalwert ohne Vorzeichen - 2 Bytes Schreibzugriff über Sercos: CP2, CP3, CP4 In Schritten von 0,01 ms. Geänderte Einstellungen werden sofort übernommen. |
ms 0,00 9.00 327,67 |
UINT16 R/W per. - |
Modbus 4872 IDN P-0-3019.0.4 |
Art der Mechanik der Anlage bestimmen
Gruppieren Sie Ihre Anlagenmechanik zur Beurteilung und Optimierung des Einschwingverhaltens in eines der zwei folgenden Systeme ein.
oSystem mit steifer Mechanik
oSystem mit wenig steifer Mechanik.
Mechanische Systeme mit steifer und weniger steifer Mechanik
Werte bei steifer Mechanik bestimmen
Bei steifer Mechanik ist das Einstellen des Regelverhaltens nach Tabelle möglich, wenn:
odas Trägheitsmoment von Last und Motor bekannt ist und
odas Trägheitsmoment von Last und Motor konstant ist.
Der P-Faktor CTRL_KPn und die Nachstellzeit CTRL_TNn sind abhängig von:
oJL: Trägheitsmoment der Last
oJM: Trägheitsmoment des Motors
oBestimmen Sie die Werte anhand folgender Tabelle:
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JL= JM |
JL= 5 * JM |
JL= 10 * JM |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|
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JL |
KPn |
TNn |
KPn |
TNn |
KPn |
TNn |
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1 kgcm2 |
0,0125 |
8 |
0,008 |
12 |
0,007 |
16 |
|
2 kgcm2 |
0,0250 |
8 |
0,015 |
12 |
0,014 |
16 |
|
5 kgcm2 |
0,0625 |
8 |
0,038 |
12 |
0,034 |
16 |
|
10 kgcm2 |
0,125 |
8 |
0,075 |
12 |
0,069 |
16 |
|
20 kgcm2 |
0,250 |
8 |
0,150 |
12 |
0,138 |
16 |
Werte bei weniger steifer Mechanik bestimmen
Zur Optimierung wird der P-Faktor des Drehzahlreglers ermittelt, bei dem die Regelung die Drehzahl _v_act ohne Überschwingen möglichst schnell einregelt.
oStellen Sie die Nachstellzeit CTRL1_TNn (CTRL2_TNn) auf unendlich (= 327,67 ms).
Wirkt ein Lastmoment auf den stillstehenden Motor, darf die Nachstellzeit nur so hoch eingestellt werden, dass keine ungewünschte Änderung der Motorposition auftritt.
Wenn der Motor im Stillstand belastet wird, kann die Nachstellzeit "unendlich" zu Positionsabweichungen führen (zum Beispiel bei Vertikalachsen). Reduzieren Sie die Nachstellzeit, wenn die Positionsabweichungen für die Anwendung nicht akzeptiert werden können. Das Reduzieren der Nachstellzeit kann sich nachteilig auf das Optimierungsergebnis auswirken.
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UNBEABSICHTIGTE BEWEGUNG |
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oStarten Sie das System nur dann, wenn sich weder Personen noch Hindernisse innerhalb des Betriebsbereichs befinden. oStellen Sie sicher, dass die Werte für Geschwindigkeit und Zeit den verfügbaren Bewegungsbereich nicht überschreiten. oStellen Sie sicher, dass ein funktionierender Drucktaster für NOT-HALT für alle Personen erreichbar ist, die Arbeiten durchführen. |
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Die Nichtbeachtung dieser Anweisungen kann Tod, schwere Verletzungen oder Sachschäden zur Folge haben. |
oLösen Sie eine Sprungfunktion aus.
oÜberprüfen Sie nach dem ersten Test die maximale Amplitude für den Stromsollwert _Iq_ref.
Stellen Sie die Amplitude der Führungsgröße nur so hoch ein, dass der Stromsollwert _Iq_ref unter dem Maximalwert CTRL_I_max bleibt. Andererseits darf der Wert nicht zu klein gewählt werden, da sonst Reibungseffekte der Mechanik das Regelkreisverhalten bestimmen.
oLösen Sie erneut eine Sprungfunktion aus, wenn Sie _v_ref ändern mussten, und überprüfen Sie die Amplitude von _Iq_ref.
oVergrößern oder verkleinern Sie den P-Faktor in kleinen Schritten, bis _v_act möglichst schnell einregelt. Das folgende Bild zeigt links das gewünschte Einschwingverhalten. Überschwingen, wie rechts dargestellt, wird durch Verkleinern von CTRL1_KPn (CTRL2_KPn) reduziert.
Unterschiede zwischen _v_ref und _v_act resultieren aus der Einstellung von CTRL1_TNn (CTRL2_TNn) auf "unendlich".
"TNn" bei aperiodischem Grenzfall ermitteln
Für Antriebssysteme, bei denen vor Erreichen des aperiodischen Grenzfalls Schwingungen auftreten, muss der P-Faktor "KPn" so weit reduziert werden, bis gerade keine Schwingungen mehr erkennbar sind. Häufig tritt dieser Fall bei Linearachsen mit Zahnriementrieb auf.
Grafische Ermittlung des 63%-Werts
Ermitteln Sie grafisch den Punkt, bei dem die Istgeschwindigkeit _v_act 63% des Endwerts erreicht wird. Die Nachstellzeit CTRL1_TNn (CTRL2_TNn) ergibt sich dann als Wert auf der Zeitachse. Die Inbetriebnahmesoftware unterstützt Sie bei der Auswertung.
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Parametername HMI-Menü HMI-Name |
Beschreibung |
Einheit Minimalwert Werkseinstellung Maximalwert |
Datentyp R/W Persistente Variablen Expert |
Parameteradresse über Feldbus |
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(ConF) → (drC-) (tin1) |
Geschwindigkeitsregler Nachstellzeit. Defaultwert wird berechnet
Bei einem Umschalten zwischen den beiden Regelkreisparametersätzen erfolgt die Anpassung der Werte linear über die im Parameter CTRL_ParChgTime eingestellte Zeit. Typ: Dezimalwert ohne Vorzeichen - 2 Bytes Schreibzugriff über Sercos: CP2, CP3, CP4 In Schritten von 0,01 ms. Geänderte Einstellungen werden sofort übernommen. |
ms 0,00 - 327,67 |
UINT16 R/W per. - |
Modbus 4612 IDN P-0-3018.0.2 |
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(ConF) → (drC-) (tin2) |
Geschwindigkeitsregler Nachstellzeit. Defaultwert wird berechnet
Bei einem Umschalten zwischen den beiden Regelkreisparametersätzen erfolgt die Anpassung der Werte linear über die im Parameter CTRL_ParChgTime eingestellte Zeit. Typ: Dezimalwert ohne Vorzeichen - 2 Bytes Schreibzugriff über Sercos: CP2, CP3, CP4 In Schritten von 0,01 ms. Geänderte Einstellungen werden sofort übernommen. |
ms 0,00 - 327,67 |
UINT16 R/W per. - |
Modbus 4868 IDN P-0-3019.0.2 |
