Betriebsarten

In der Antriebstechnik werden folgende Betriebsarten unterschieden:

• Strom- / Drehmomentregelung
• Drehzahlregelung
• Lageregelung

Elektrische Antriebe werden häufig drehzahl- oder lagegeregelt. Im SoE-Standard werden die einzelnen Betriebsarten über den Standardparameter S-0-0032 (Hauptbetriebsart) vorgegeben.

 Das Bild zeigt eine ein typische Regelstruktur mit einem übergeordneten Lageregler und untergeordneten Drehzahl- und Stromregler.

Eine kaskadierte Reglerstruktur aus ineinander verschaltetem Strom-, Drehzahl- und Lageregler hat sich als notwendig erwiesen, um hohe Dynamik und Positionsgenauigkeit zu erzielen. Im Bild sind die von Innen nach Außen aufsteigenden Zeitkonstanten der einzelnen Regelkreise zu erkennen. Für den Positionsbetrieb eignen sich 2 Betriebsarten: Geschwindigkeitssollwertvorgabe oder Positionssollwertvorgabe.

Positionsvorgabe

In Bild 1 ist zusätzlich der Interpolationsgenerator dargestellt. Das kann eine externe Soft- oder Hardwarelösung sein oder eine Option, die der Servo-Verstärker mitbringt. Im Falle des AX5000 ist es die TwinCAT PTP/NCI oder TwinCAT CNC. Dieser Sollwertgenerator splittet den Fahrauftrag in kleine Positionssegmente auf. Diese Segmente haben eine zeitliche Auflösung, die über den Interpolationstakt (Taskzeit der SAF-Task der NC) eingestellt wird.

Diese Betriebsart wird über den Parameter S-0-0032 konfiguriert. Die einzelnen Modi sind in der Tabelle 1 dargestellt. Zusätzlich zum antriebsinternen Lageregler kann eine Geschwindigkeitsvorsteuerung aktiviert werden. Wird keine Vorsteuerung verwendet, so setzt sich die Sollgröße des Drehzahlreglers ausschließlich aus dem Produkt Regeldifferenz und der Verstärkung des Lagereglers zusammen.

S-0-0032 (Hauptbetriebsart)
0 0000 0011	0x03	Lageregelung mit Lagegeber 1 (Motorgeber MG) / Schleppabstandbehaftet
0 0000 0100	0x04	Lageregelung mit Lagegeber 2 (externer Geber EG)  / Schleppabstandbehaftet

Eine Vorsteuerung ist in der Regel sinnvoll. Applikationsabhängig kann man die Wichtung dieser Größe zwischen 0 und 100% beeinflussen. Im folgenden Blockschaltbild werden zwei Varianten angeboten. Zum einen besteht die Möglichkeit, die Vorsteuerung im Antrieb zu rechnen. Dabei wird vereinfacht die Sollposition zum Zeitpunkt n Sn von der Sollposition aus dem Vorzyklus subtrahiert und durch die Zykluszeit geteilt. Zum anderen kann die Sollgeschwindigkeit des Interpolationsgenerators genutzt werden.

Wird die Geschwindigkeitsvorsteuerung bei der Positionierung verwendet, so ist der Schleppabstand während der gesamten Positionierung gering (siehe Bild 5).

S-0-0032 (Hauptbetriebsart)
0 0000 1011	0x0B	Lageregelung mit Lagegeber 1 (Motorgeber MG) / Schleppabstandsfrei
0 0000 1100	0x0C	Lageregelung mit Lagegeber 2 (externer Geber EG) / Schleppabstandsfrei

Geschwindigkeitsvorgabe

Besitzt der Servo-Verstärker keinen Lageregler oder muss die Sollgeschwindigkeit mit zusätzlichen Komponenten beeinflusst werden, so kann der Lageregler in den Interpolationsgenerator verlagert werden. In dieser Betriebsart wird der Fahrauftrag nicht nur in kleine Positionssegmente sondern auch zusätzlich in Geschwindigkeitssegmente aufgeteilt. Vom Interpolator errechnete Sollgeschwindigkeit wird um den Betrag ergänzt den der TwinCAT-PTP Lageregler aufgrund eines Schleppfehlers errechnet.

Die Stützpunkte der Geschwindigkeitssollwerte haben, wie bei der Positionsvorgabe, eine zeitliche Auflösung, die über den Interpolationstaktes (Task-Zeit der SAF-Task der NC).

Diese Betriebsart wird über den Parameter S-0-0032 konfiguriert.

S-0-0032 (Hauptbetriebsart)
0 0000 0010	0x02	Geschwindigkeitsregelung

 Eine weitere Betriebsart ist die Drehmomentregelung. Bei dieser Betriebsart wird das Solldrehmoment vorgegeben. Als Rückmeldung wird das Ist-Drehmoment übertragen. Die Drehmomentregelung übernimmt der Antrieb. Wird ein externer Messpunkt als Ist-Größe betrachtet, so ist eine Regelung (Generierung der Sollwerte) in der Steuerung vorzusehen.

S-0-0032 (Hauptbetriebsart)
0 0000 0001	0x01	Drehmomentregelung