Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...
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5. Realisierung der drehgeberlosen Feldorientierung 71 Problematisch kann der Temperaturkoeffizient der Diode sein. Bei Z- Spannungen unterhalb 5,7 V überwiegt der Zener-Effekt mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, bei höheren Spannungen überwiegt der Avalanche-Effekt und der Temperaturkoeffizient wird positiv [44]. Die Variation des Stromgrenzwertes kann daher das Gesamtverhalten der Schaltung beeinflussen. Wegen der hohen mechanischen Zeitkonstante der Antriebsmaschine erfolgt die Parametrierung des Reglers nach dem symmetrischen Optimum [48]. T T = a T V a a⋅T 2 mech ⋅ = = 2, 6 i 1 (5.8) 1 Die Zeitkonstante T1 ist die Ersatzzeitkonstante des Stromreglers mit Leistungsteil. Wird der Drehzahlregler nach diesen Kriterien ausgelegt hat er ein optimales Kleinsignalverhalten. Problematisch für den Bohrantrieb ist jedoch das Großsignalverhalten. Bild 5.10 zeigt das Verhalten des Drehzahlregelkreises bei Sollwertsprüngen. Das Überschwingen beim Anfahren der Maximaldrehzahl ist nicht zulässig. Problematisch ist auch das Unterschwingen beim Anfahren der Minimaldrehzahl zum Anhalten der Maschine. is A 2 1,33 0,66 0 is 0 2 t 4s U/min x 1000 Bild 5.10: Großsignalverhalten des Drehzahlregelkreises bei einer Reglerauslegung nach dem symmetrischen Optimum n 70 60 50 40 30 20 10 0 n
5. Realisierung der drehgeberlosen Feldorientierung 72 Würde als unterer Drehzahlsollwert die zum Anhalten der Maschine erforderliche Drehzahl nmin als Drehzahlsollwert vorgegeben, hätte dies ein Durchschwingen der Drehzahl bis fast zum Stillstand zur Folge. Der Übergang von der feldorientierten Regelung in den gesteuerten Betrieb wäre nicht möglich. Eine Verringerung des Überschwingens durch Parametervariation oder Sollwertfilter hätte eine deutliche Verlängerung der Hochlauf- oder Anhaltephase zur Folge und soll vermieden werden. 5.2.2 Definition der Betriebsbereiche Zur Verbesserung des Reglerverhaltens wird zwischen stationärem und transientem Betrieb unterschieden. Im stationären Betrieb erfüllt der Regler alle Anforderungen. Zu verbessern ist der transiente Fall. Beim Beschleunigen ist eine hohe Verstärkung erforderlich um möglichst lange an der Stromgrenze zu bleiben und das Drehmoment der Maschine zu nutzen. Beim Übergang des Reglers in den stationären Betrieb stört der I-Anteil des Reglers. Er verursacht das Überschwingen durch die hohe, für den Kleinsignalfall erforderliche Zeitkonstante. Beim Abbremsen der Maschine steigt die Streckenverstärkung an da die Lagerverluste sinken. Die Verstärkung des Reglers kann kleiner sein als dies beim Beschleunigen der Fall ist. Da es beim Bohren nur eine Drehrichtung der Maschine gibt hat der Betrieb mit negativem Reglerausgang keinen stationären Zustand. Aus diesen Randbedingungen kann eine Funktionsanforderung abgeleitet werden: • Der stationäre Betrieb wird von einem ausschließlich auf diesen Betriebszustand optimierten PI-Regler geregelt. • Transiente Vorgänge werden mit einem P-Regler geführt. Die Verstärkung dieses Reglers ist beim Beschleunigen größer als beim Abbremsen. • Um einen schnellen Wechsel zwischen den Betriebsarten zu erzielen, wird im transienten Fall (hier nur Starten und Anhalten der Maschine) der I-Anteil des PI-Reglers auf Null gesetzt.
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5. Realisierung der drehgeberlosen Feldorientierung 72<br />
Würde als unterer Drehzahlsollwert die zum Anhalten der Maschine erforderliche<br />
Drehzahl nmin als Drehzahlsollwert vorgegeben, hätte dies ein<br />
Durchschwingen der Drehzahl bis fast zum Stillstand zur Folge. Der Übergang<br />
von der feldorientierten Regelung in den gesteuerten Betrieb wäre<br />
nicht möglich.<br />
Eine Verringerung des Überschwingens durch Parametervariation oder<br />
Sollwertfilter hätte eine deutliche Verlängerung der Hochlauf- oder Anhaltephase<br />
zur Folge und soll vermieden werden.<br />
5.2.2 Definition der Betriebsbereiche<br />
Zur Verbesserung des Reglerverhaltens wird zwischen stationärem und<br />
transientem Betrieb unterschieden. Im stationären Betrieb erfüllt der Regler<br />
alle Anforderungen. Zu verbessern ist der transiente Fall. Beim Beschleunigen<br />
ist eine hohe Verstärkung erforderlich um möglichst lange an<br />
der Stromgrenze zu bleiben und das Drehmoment der Maschine zu nutzen.<br />
Beim Übergang des Reglers in den stationären Betrieb stört der I-Anteil<br />
des Reglers. Er verursacht das Überschwingen durch die hohe, <strong>für</strong> den<br />
Kleinsignalfall erforderliche Zeitkonstante.<br />
Beim Abbremsen der Maschine steigt die Streckenverstärkung an da die<br />
Lagerverluste sinken. Die Verstärkung des Reglers kann kleiner sein als<br />
dies beim Beschleunigen der Fall ist. Da es beim Bohren nur eine Drehrichtung<br />
der Maschine gibt hat der Betrieb mit negativem Reglerausgang<br />
keinen stationären Zustand. Aus diesen Randbedingungen kann eine<br />
Funktionsanforderung abgeleitet werden:<br />
• Der stationäre Betrieb wird von einem ausschließlich auf diesen<br />
Betriebszustand optimierten PI-Regler geregelt.<br />
• Transiente Vorgänge werden mit einem P-Regler geführt. Die Verstärkung<br />
dieses Reglers ist beim Beschleunigen größer als beim<br />
Abbremsen.<br />
• Um einen schnellen Wechsel zwischen den Betriebsarten zu erzielen,<br />
wird im transienten Fall (hier nur Starten und Anhalten der<br />
Maschine) der I-Anteil des PI-Reglers auf Null gesetzt.
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