Geschwindigkeitsregelung für Servoantriebe

Im Zusammenhang mit Servoantrieben bezieht sich der Geschwindigkeitsmodus auf einen Steuerungsmodus, bei dem der Servoantrieb den Motor mit einer Geschwindigkeit dreht, die proportional zum Befehl ist. Kleine Befehle erzeugen kleine Geschwindigkeiten und große Befehle erzeugen große Geschwindigkeiten. Der Geschwindigkeitsmodus erfordert die Verwendung eines Geschwindigkeitsrückführungsgeräts, wie z. B. eines Encoders, Resolvers, Tachometers oder Hall-Sensors.

Vollständiges Steuerblockdiagramm Geschwindigkeit hervorgehoben

Ein weit verbreiteter Irrglaube ist, dass der Geschwindigkeitsmodus nur für Anwendungen mit konstanter Bewegung wie Lüfter, Pumpen und Förderanlagen nützlich ist. Von den 1980er Jahren bis Anfang 2000 war jedoch die Standardkonfiguration für Anwendungen im Positionsmodus die Einstellung der Servoantriebe auf den Geschwindigkeitsmodus. Diese Konfiguration kann als "position around velocity" (Position um Geschwindigkeit) bezeichnet werden, wobei der Motion Controller den Positionsregelkreis schließt, indem er entsprechende Geschwindigkeitsbefehle an den Servoantrieb sendet. Beispiele für dieses Steuerungsschema finden sich bei Fertigungsstraßenrobotern in der Automobilindustrie und bei CNC-Maschinen.

Blockdiagramm des Geschwindigkeitsmodus

Die Attraktivität von Position um Geschwindigkeit bestand darin, dass die Rechenanforderungen zwischen der Steuerung und den Servoantrieben aufgeteilt wurden. Damals waren die Regler noch nicht leistungsfähig genug, um die Position um das Drehmoment zu steuern, und die Servoantriebe waren noch nicht in der Lage, die Positionsschleifen selbst zu schließen. Heutzutage sind sowohl die Servoantriebe als auch die Regler mehr als fähig, alle Regelkreise zu schließen, was den Systementwicklern die Flexibilität gibt, das für die jeweilige Situation am besten geeignete Regelungsschema zu verwenden.

Anders als bei Anwendungen, bei denen es um die Position und die Geschwindigkeit geht, kann der Geschwindigkeitsmodus in eigenständigen Anwendungen verwendet werden, die entweder eine konstante Sollgeschwindigkeit benötigen oder in Situationen, in denen die Geschwindigkeit nur gelegentlich angepasst wird. Zum Beispiel bei einem Förderband oder einem Spindelmotor. Die Geschwindigkeit kann beispielsweise über die Offset-Einstellung des Servoantriebs, über einen mit einem Potentiometer verbundenen Drehschalter oder über einen Digital/Analog-Wandler auf einem Mikrocontroller eingestellt werden.

Bei diesen Anwendungen erhält der Servoantrieb ein Befehlssignal, das die gewünschte Geschwindigkeit oder Drehzahl angibt, mit der der Motor arbeiten soll. Der Servoantrieb passt dann die Leistung des Motors an, um die gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen und zu halten. Er überwacht kontinuierlich die tatsächliche Geschwindigkeit des Motors durch Sensorrückmeldungen, wie Hall-Sensoren, Encoder oder Tachometer, und passt die Eingangsleistung oder -spannung des Motors an die gewünschte Geschwindigkeit an.

Geschwindigkeitsgleichung

Im Geschwindigkeitsmodus wird die Motordrehzahl durch die an den Motor gelieferte Spannung gesteuert. Eine Änderung der Motordrehzahl (Beschleunigen oder Abbremsen) erfordert eine Erhöhung oder Verringerung des Motordrehmoments, so dass auch im Drehzahlmodus ein Stromregelkreis erforderlich ist.

Wenn mehr als ein Regelkreis verwendet wird, werden die Regelkreise kaskadiert, wobei die Stromregelung der innerste Regelkreis ist und der Geschwindigkeitsregelkreis "um" den Stromregelkreis herum hinzugefügt wird.

Im Gegensatz zum Strommodus kompensiert ein Servoantrieb, der im Geschwindigkeitsmodus arbeitet, mehr Leistung, um die Zielgeschwindigkeit beizubehalten, wenn eine äußere Kraft auf die Motorwelle wirkt. Dies macht den Modus nützlich für Bewegungssteuerungsanwendungen, bei denen eine Zielgeschwindigkeit angesichts von Störungen beibehalten werden muss. Dies funktioniert ähnlich wie der Tempomat in vielen Autos; selbst beim Bergauf- und Bergabfahren bleibt die Geschwindigkeit gleich, solange der Tempomat aktiv ist.

Leistungen

  • Hervorragend geeignet für Anwendungen, bei denen mit einfachen Bedienelementen eine konstante Geschwindigkeit eingestellt werden soll oder die Geschwindigkeit nicht häufig angepasst werden muss.
  • Eine gute Lösung, wenn eine Steuerung nicht rechenstark genug ist, um mehrere Achsen über Position und Drehmoment zu steuern.
  • Der Hall-Geschwindigkeitsmodus ist eine wirtschaftliche Lösung für Anwendungen, bei denen der Großteil des Betriebs oberhalb von 500 U/min stattfindet und außer den im Motor eingebauten Hall-Sensoren keine externe Geschwindigkeitsrückmeldung verfügbar ist.

ADVANCED Funktionen der Bewegungssteuerung

  • Viele AxCent® Servoantriebe können im Velocity Mode arbeiten
  • Alle DigiFlex® Leistung™ und FlexPro® Antriebe können im Geschwindigkeitsmodus arbeiten
  • Bestimmte DigiFlex® Leistung Antriebe können im Profile oder Cyclic Synchronous Velocity Mode betrieben werden

Branchen, Technologien und Produkte im Zusammenhang mit Velocity Mode...

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