Controller

Die Regler dienen dazu, auf die gestellte Sollgeschwindigkeit Differenzen (Schleppabstand) oder weitere Sollgrößen (Beschleunigung) so aufzuschalten, dass der Schleppabstand möglichst gering wird und die Achse kein Überschwingen in Position und Geschwindigkeit zeigt. Es gibt eine Vielzahl von unterstützten Controller-Varianten. Dabei stehen sowohl Servo-Positionsregler als auch Spezialregler für spezielle Achstypen zur Verfügung.

Controllertypen

Es sind zwei verschiedene Reglertypen anwählbar: Positionsregler (Regler, deren Aufgabe es ist, die Istposition so zu regeln, dass sie der Sollposition so exakt wie möglich folgt) und Regler für spezielle Achsen (Eil-/Schleich, Schrittmotor, SERCOS). Die Wirkungsweise der Regler ist unter dem Thema Lageregelkreis beschrieben. Positionsreglertypen: Positionsregler P: Schleppabstands-Proportionalregler. Positionsregler mit zwei P-Konstanten: Schleppabstands-Proportionalregler mit verschiedenen Konstanten für Stillstand und Bewegung. Positionregler PID : Positions PID-T1-Regler mit proportionaler Beschleunigungsvorsteuerung.

Automatischer DAC-Offsetabgleich

Jeder Regler ohne I-Anteil hat als Option einen automatischen DAC-Offsetabgleich. Dieser Abgleich wird nur dann aktiv, wenn die Geschwindigkeits-Vorsteuerung der Achse unter einem einstellbaren Anteil liegt. Dadurch wird eine Beeinflussung durch das dynamische Verhalten der Achse verhindert. Ist die Achse in Lageregelung (oder fährt mit entsprechend niedriger Geschwindigkeit), wird durch Integrieren der Regelgeschwindigkeit eine Offsetgeschwindigkeit gebildet. Diese wird zur Ausgabe addiert. Durch die negative Rückkopplung des Lageregelkreises kommt dabei ein PT1-Verhalten, also eine Exponential-Funktion zustande.

Offsetabgleichparameter

Parameter	Datentyp	Einheit	Beschreibung
Offsetfilterzeit	double	s	Zeitkonstante des Offsetabgleichs
Offsetlimit	double		Relative Aussteuerung, oberhalb der der Offset konstant gehalten wird.

Falls erforderlich kann das Verhalten des Offsetabgleichs zur Laufzeit beeinflusst werden. Dazu sind eine Reihe von „Schaltern“ vorhanden. Diese sowie die Parameter für die Zeitkonstante und das Vorsteuer-Limit sind zur Laufzeit von z. B. der PLC oder einem anderen ADS-Gerät verstellbar.

Falls erforderlich, kann der Offsetabgleich vollständig abgeschaltet werden. Dabei ist eine sprungartige Änderung der Ausgangsspannung nicht immer vermeidbar. Ein weiches Deaktivieren ist mit „FadeOut“ zu erreichen. Dabei wird der Abgleich mit dem ihm eigenen Zeitverhalten bis auf Null reduziert. Soll der Abgleich zeitweilig festgehalten werden, kann der „Hold“-Modus aktiviert werden. Dies ist zum Beispiel nützlich, wenn das Leistungsteil des Antriebs zeitweilig stillgesetzt wird. Falls der Abgleich aktiv bleiben würde, wäre ein Weglaufen des Offsets unvermeidlich.

Beschleunigungsvorsteuerung

Fast alle Positionsregler enthalten neben der proportionalen Rückführung des Schleppabstandes eine proportionale Beschleunigungsvorsteuerung (K_a-Faktor). Diese sollte im Allgemeinen nur in Zusammenhang mit dem Positionsreglerproportionalanteil (K_v-Faktor) benutzt werden. Voraussetzung ist eine streng symmetrische Einstellung der Achse:

Im Stillstand ist der Schleppabstand symmetrisch um 0 (DAC-Offset).
Bei konstanter Fahrt ist der Schleppabstand symmetrisch um 0 (Referenzgeschwindigkeit).
K_v einstellen.
In der Mitte der Beschleunigungsphase/Bremsphase die extreme Beschleunigung (Verzögerung) a_+max (a_-max), sowie die dazu gehörigen Schleppabstände d_+max (d_-max) messen.
K_a+ = K_v · d_+max / a_+max
K_a- = K_v · d_-max / a_-max
K_a= (K_a+ + K_a-) / 2 setzen und optimieren.

Globale Parameter eines Reglers

Reglerparameter

Parameter	Datentyp	Einheit	Beschreibung
CONTROLLER-Modus	ENUM		Reglermodus: Nur STANDARD möglich.
Gewichtung der Vorsteuerung	float >=0		Relative Gewichtung der Vorsteuerung.
BETRIEBSART: Schleppabstandüberwachung Position	BOOL		Defaultwert 1.0 entsprechend 100 % Gewichtung der Vorsteuerung.
Maximaler Positionsschleppabstand	float >=0	mm	Maximal zulässiger Positionsschleppabstand.
Maximale Schleppfilterzeit Position	float >=0	s	Überschreitet der Positionsschleppabstand den maximal zulässigen Positionsschleppabstand länger als die maximale Schleppfilterzeit, dann wird bei aktiver Überwachung die Achse instantan per Spannungsausgabe 0 V gestoppt und in den logischen Zustand „Fehler“ gesetzt.

Positions-P-Regler

Reglerparameter

Parameter	Datentyp	Einheit	Beschreibung
Positionsreglung: Proportionalfaktor Kv	float >=0	[mm/s]/mm	Proportionalverstärkung des P-Anteils. Ausgabegeschwindigkeit = Vorsteuergeschwindigkeit + Kv · Schleppabstand.
BETRIEBSART: Automatischer Offsetabgleich	BOOL		De-/Aktivierung des automatischen Offsetabgleichs. Der automatische Offsetabgleich ist nur im Bereich [-Offsetlimit, +Offsetlimit] der relativen Vorsteuergeschwindigkeit aktiv und berechnet und aktiviert einen DAC-Offset, der in Lageregelung den Schleppabstand minimiert.
Offsetfilterzeit	float >=0	s	Zeitkonstante des Integrators.
Offsetlimit	float >=0		Obere Grenze des aktiven Bereichs des Offsetabgleichs in relativen Anteilen der Ausgabegröße.

Positions-PP-Regler

Reglerparameter

Parameter	Datentyp	Einheit	Beschreibung
Stillstand: Proportionalfaktor Kvs	float >=0	[mm/s]/mm	Proportionalverstärkung des P-Anteils im Stillstand. Ausgabegeschwindigkeit im Stillstand = Vorsteuergeschwindigkeit + Kvs Schleppabstand
Positionsreglung Fahren: Proportionalfaktor Kvf	float >=0	[mm/s]/min	Proportionalverstärkung des P-Anteils bei Fahrt.
Positionsreglung: Geschwindigkeitsschwellwert Vdyn	float >=0		Ausgabegeschwindigkeit in Fahrt = Vorsteuergeschwindigkeit + Kvf Schleppabstand.
BETRIEBSART: Automatischer Offsetabgleich	BOOL		De-/Aktivierung des automatischen Offsetabgleichs. Der automatische Offsetabgleich ist nur im Bereich [-Offsetlimit, +Offsetlimit] der relativen Vorsteuergeschwindigkeit aktiv und berechnet und aktiviert einen DAC-Offset, der in Lageregelung den Schleppabstand minimiert.
Offsetfilterzeit	float >=0	s	Zeitkonstante des Integrators.
Offsetlimit	float >=0		Obere Grenze des aktiven Bereichs des Offsetabgleichs in relativen Anteilen der Ausgabegröße.
Beschleunigungsvorsteuerung Proportionalfaktor Ka	float >=0	s	Ausgabegeschwindigkeitsanteil = Ka Sollbeschleunigung.

Beispiel

Beim PP-Regler definieren zwei P-Konstanten Kvs und Kvf und ein Geschwindigkeitsschwellwert Vdyn eine Funktion für einen geschwindigkeitsabhängigen Regelfaktor kv. Der Schwellwert Vdyn ist ein relativer Wert der sich aus Sollgeschwindigkeit / Bezugsgeschwindigkeit berechnet.

Dieser Zusammenhang wird im folgenden Bild dargestellt.

Das Beispiel wurde mit den Werten Kvs = 50, Kvf = 10 und Vdyn = 0,2 parametriert.

Positions-PID-Regler

Reglerparameter

Parameter	Datentyp	Einheit	Beschreibung
Positionsreglung: Proportionalfaktor Kv	float >=0	[mm/s]/mm	Proportionalverstärkung des P-Anteils. Ausgabegeschwindigkeit = Vorsteuergeschwindigkeit + Kv Schleppabstand.
Positionsreglung: Nachstellzeit Tn	float >=0	s	Nachstellzeit des I-Anteiles (Integrationszeit)
Positionsreglung: Vorhaltezeit Tv	float >=0	s	Vorhaltezeit des realen D-Anteiles (D-T1-Glied).
Positionsreglung: Dämpfungszeit Td	float >=0	s	Dämpfungszeit des realen D-Anteils (D-T1-Glied).
BETRIEBSART: Automatischer Offsetabgleich	BOOL		De-/Aktivierung des automatischen Offsetabgleichs. Der automatische Offsetabgleich ist nur im Bereich [-Offsetlimit,+Offsetlimit] der relativen Vorsteuergeschwindigkeit aktiv und berechnet und aktiviert einen DAC-Offset, der in Lageregelung den Schleppabstand minimiert.
Offsetfilterzeit	float >=0	s	Zeitkonstante des Integrators.
Offsetlimit	float >=0		Obere Grenze des aktiven Bereichs des Offsetabgleichs in relativen Anteilen der Ausgabegröße.
Positionsreglung: Beschleunigungsvorsteuerung Ka	float >=0	s	Ausgabegeschwindigkeitsanteil = Ka · Sollbeschleunigung.

Regler für spezielle Achstypen (Eil/Schleich, Schrittmotoren, SERCOS)

Reglerparameter

Parameter	Datentyp	Einheit	Beschreibung
CONTROLLER-Modus	ENUM		Reglermodus: Nur STANDARD möglich.
Gewichtung der Vorsteuerung	float >=0		Relative Gewichtung der Vorsteuerung.
BETRIEBSART: Schleppabstandüberwachung Position	BOOL		Defaultwert 1.0 entsprechend 100 % Gewichtung der Vorsteuerung.
Maximaler Positionsschleppabstand	float >=0	mm	Maximal zulässiger Positionsschleppabstand.
Maximale Schleppfilterzeit Position	float >=0	s	Überschreitet der Positionsschleppabstand den maximal zulässigen Positionsschleppabstand länger als die maximale Schleppfilterzeit, dann wird bei aktiver Überwachung die Achse instantan per Spannungsausgabe 0 V gestoppt und in den logischen Zustand „Fehler“ gesetzt.

Totzeitkompensation

Jeder Regler hat eine optionale Kompensation der Totzeit zwischen Sollwertausgabe und Wirkung dieser Ausgabe. Hierbei wird die Sollposition gegenüber der Sollgeschwindigkeit um eine einstellbare Zeit verzögert. Die Totzeitkompensation ist Bestandteil des Sollwertgenerators einer Achse.