Linearisierung

Beim Vorhandensein einer 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, jedoch die Regelgüte zu verbessern.

Durch die Vorschaltung eines Kennliniengliedes wird die Nichtlinearität der Reglerstrecke kompensiert, sodass sich ein annähernd lineares Verhalten ergibt.

Diese Vorgehensweise ist in dem folgenden Wirkungsplan dargestellt.

Linearisierung 1:

Die bei diesem Verfahren eingesetzte Kennlinie muss möglichst exakt das inverse Übertragungsverhalten der eingesetzten Ventil-Hydraulikzylinderkombination beschreiben, sodass sich durch die Reihenschaltung dieser Kennlinie mit der real vorhandenen Regelstrecke ein annähernd linearer Verlauf ergibt.

Linearisierung 2:

Achten Sie auf eine möglichst exakte Kennlinie in den Knickstellen. Diese Punkte sind bezüglich der Linearisierung besonders kritisch.

Für den TwinCAT Achsregelkreis ergibt sich bei Einsatz der Kennlinien-Linearisierung der folgende Wirkungsplan:

Linearisierung 3:

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 Projektmappen-Explorer auf dem Analog-Reiter des Drives oder allgemein per ADS-Kommando.

Linearisierung 4:

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.

Linearisierung 5:

Verwendung der Hydraulik-Kennlinien

Die Hydraulik-Kennlinie kann nur dann durch das Eintragen der Tabellen-Id aktiviert werden, wenn:

  • Die Tabelle in die Echtzeitumgebung geladen worden ist.
  • Die Reglerfreigaben für die Achse nicht erteilt sind.

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: