Prozessrechentechnik - Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland ...

68 5. Modellbildung für Gleichstrommotoren
5. Modellbildung für Gleichstrommotoren
5.1. Konzepte von Antriebsregelungen
In der Automatisierungstechnik werden Antriebsregelungen in Werkzugmaschinen, Robotern, Montage- und
Transportsystemen angewendet. Dabei sind Positionen von Vorschubachsen bei translatorischen Bewegungen und
Winkeln bei rotatorischen Bewegungen anzufahren bzw. einzuhalten. Es sind sogenannte Lageregelungen zu
verwirklichen. Weiter zu regelnde Prozessgrößen sind Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen, Beschleunigungen bzw.
Drehmomente. Diese Größen können bei Lageregelungen als Hilfsgrößen in sogenannte Kaskadenregelungen zur
Erhöhung des Dynamik durch frühe Kompensation von Störeinflüssen dienen. Allgemein wird unterschieden in
- Lageregelungen
- Geschwindigkeitsregelungen bzw. Drehzahlregelungen
- Beschleunigungsregelungen bzw. Momentenregelungen
die einschleifig oder bei Lage und Drehzahlregelungen als Kaskadenregelungen (oder Zustandsregelungen)
verwirklicht werden können. Bild 71 zeigt das Prinzip einer Lageregelung.
Bild 71: Struktur einer Lagereglung (Positionsregelung)
5.2. Prinzip der Regelung von Gleichstrommaschinen
In dieser Vorlesung mit zugehörigem Praktikum soll die digitale Regelung an einer Gleichstrommaschine verwirklicht
werden. Die Wirkungsweise einer Gleichstrommaschine zeigt Bild 72.
Bild 72: Gleichstrommaschine mit Eingangsgröße und Ausgangsgröße, ohne Last
Die Gleichstrommaschine (fremderregt) wird über die Ankerspannung geregelt (selten gesteuert). Es stellen sich die
Zustandgrößen Strom ~ Moment, Drehzahl und Lage ein. Da zwischen dem Zeitverhalten der Zustandsgrößen in
der Regel Größenordnungen liegen, bietet sich zur Regelung die in Abschnitt 2.6 erläuterte Kaskadenreglung an.
Konzipiert man für die Gleichstrommaschine nach Bild 72 eine dreischleifige Kaskadenregelung, erhält man den
Wirkungsplan nach Bild 73. In der inneren Schleife wird der Ankerstrom der Maschine geregelt. Danach ist für die
Übertragung von der Führungsgröße w iA zur Ausgangsgröße i A eine Ersatzübertragungsfunktion (meist PT1-Glied)
zu bilden Mit Hilfe der Ersatzübertragungsfunktion wird der Geschwindigkeit(Drehzahl)-Regelkreis ausgelegt. Jetzt
erfolgt wieder die Bildung der Ersatzübertragungsfunktion von nach �. Diese Funktion bildet dann die
Grundlage für den Entwurf des Lageregelkreises.
Nur Hinweis: In zunehmenden Maße (mit der Weiterentwicklung der Stromrichtertechnik) werden auch die
robusteren (wegen fehlender Bürsten) Asynchronmaschinen eingesetzt. Hier erfolgt mit Hilfe einer Transformation
die Abbildung auf eine Gleichstrommaschine, deren Struktur eine übersichtlichere Regelung erlaubt.
Version 1.3 25.02.2005, 8.47 Uhr D:\Vorl\PRT\PRT_Skript_WS_04_05.wpd