TwinCAT Kennlinien - Einleitung
Bei dem Einsatz von Hydraulikzylindern in Verbindung mit den entsprechenden Ventilen ergibt sich durch die Bauart der Zylinder und der Ventile bedingt oftmals ein nichtlineares Übertragungsverhalten der Achse und somit der zu regelnden Strecke. Das heißt, die Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders ist nicht proportional zu dem Ansteuersignal des Ventils. Ein solcher Fall liegt beispielsweise dann vor, wenn ein Hydraulikzylinder eingesetzt wird, dessen Flächenverhältnis der beiden Druckseiten ungleich Eins ist. Ein anderer typischer Fall ergibt sich durch eine nichtlineare Ventilkennlinie. Ein möglicher Verlauf einer solchen Kennlinie ist in dem folgenden Bild dargestellt.
Kennlinien-Linearisierung
Bei dem Vorhandensein einer solchen nichtlinearen Regelstrecke kommt es zu dem Problem, dass sich ein linearer Reglerentwurf auf Basis dieser nichtlinearen Regelstrecke als unzureichend erweist, da der Regler nur in einem Arbeitsbereich optimal ausgelegt werden kann. Folglich ergeben sich bei vielen Anwendungsfällen Einbußen in der Regelgüte, oder es ergibt sich sogar ein nicht akzeptables Regelverhalten.
Ziel der hier vorgestellten Kennlinien-Linearisierung ist es, weiterhin die bekannten und erprobten Verfahren zur Auslegung von linearen Regelkreisen einzusetzen, aber die Regelgüte zu verbessern. Durch die Vorschaltung eines Kennliniengliedes wird die Nichtlinearität der Reglestrecke kompensiert, so dass sich ein annähernd lineares Verhalten ergibt. Diese Vorgehensweise ist in dem folgenden Wirkungsplan dargestellt.
Die bei diesem Verfahren eingesetzte Kennlinie muss möglichst exakt das inverse Übertragungsverhalten der eingesetzten Ventil - Hydraulikzylinderkombination beschreiben, so dass sich durch die Reihenschaltung dieser Kennlinie mit der real vorhandenen Regelstrecke ein annähernd linearer Verlauf ergibt.
Insbesondere ist Wert auf eine möglichst exakte Kennlinie in den Knickstellen zu legen, da diese Punkte bezüglich der Linearisierung besonders kritisch sind.
Für den TwinCAT Achsregelkreis ergibt sich bei Einsatz der Kennlinien-Linearisierung der folgende Wirkungsplan:
Die für die Linearisierung benötigte Kennlinie kann mit dem Valve Diagram Editor erstellt und editiert werden. Nachdem die Kennlinie erstellt und in die Echtzeitumgebung geladen worden ist, kann sie in dem Achsregelkreis wirksam gemacht werden. Dieses erfolgt im System-Manager auf dem Analog-Reiter des Drives oder allgemein perADS-Kommando.
In die Zeile 'Ventilkennlinie: Id der Kennlinie' muss die eindeutige Tabellen-Id der Ventilkennlinie eingetragen werden. In der Zeile ''Ventilkennlinie: Interpolations-Typ kann zwischen den Typen 'Linear' und 'Spline' gewählt werden. (In der Echtzeitumgebung wird eine Tabelle mit äquidistantem Stützstellenabstand hinterlegt, welche zur Laufzeit linear- oder mit einer Spline-Funktion interpoliert wird.)
Weiterhin ist es möglich, einen Ausgabe-Offset vor und nach der Kennlinie aufzuschalten.
Im Signalfluss vor der Kennlinie wirkt der Parameter 'Driftkompensation (DAC-Offset)'. Hier kann eine Offsetkorrektur in Form einer Geschwindigkeit (z.B. in mm/s) addiert werden.
Im Signalfluss nach der Kennlinie kann ein Offset mit dem Parameter 'Ventilkennlinie Ausgangsoffset [-1.0 ... 1.0]' aufgeschaltet werden. An dieser Stelle im Signalfluss wird der Offset als Prozentwert, bezogen auf die maximale Ausgangsgröße, angegeben.
 | Verwendung der Hydraulik-Kennlinien Die Hydraulik-Kennlinie kann nur dann durch das Eintragen der Tabellen-Id aktiviert werden, wenn
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Die beschriebenen Parameter auf dem Analog-Reiter des Drives können auch über ADS-Kommandos (z. B. aus der SPS) vorgegeben werden.
Drive-Typen:
Die beschriebe Kennlinien-Linerarisierung wird von den folgenden Drive-Typen unterstützt:
- M2400 DAC 1/ DAC 2 / DAC 3 / DAC 4
- KL4XXX/KL2503-30K/KL2521
- Drive (universal)