antriebstechnik 1-2/2016
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Positionsmessfehler in<br />
Servoantrieben<br />
Josef Wittmann, Rainer Hagl<br />
Alle gängigen Verfahren zur Positionsmessung in<br />
Servoantrieben liefern analoge sinusförmige<br />
Messsignale, die anschließend elektronisch unterteilt<br />
werden. Der damit einhergehende Messfehler wird in<br />
diesem Artikel beschrieben. Die Ergebnisse dienen als<br />
Basis um Auswirkungen des Positionsmessfehlers im<br />
Regelkreis systematisch untersuchen zu können.<br />
Einführung<br />
Messgeräte für Servoantriebe in der Industrieautomation zur Bestimmung<br />
der Linear- oder Winkelposition basieren zum überwiegenden<br />
Anteil auf optoelektronischen Messprinzipien. Diese ermöglichen im<br />
Vergleich zu anderen Technologien höhere Genauigkeiten und Auflösungen<br />
bei gleichen Montagetoleranzen der relativ zueinander<br />
beweglichen Teile des Messgerätes. In Anwendungen mit geringeren<br />
Anforderungen werden induktive und magnetische Messprinzipien<br />
verwendet. Allen Messprinzipien gemeinsam ist, dass sie analoge<br />
mehr oder weniger sinusförmige Messsignale liefern, die anschließend<br />
weiterverarbeitet werden. Die Weiterverarbeitung erfolgt im<br />
Messgerät oder in der Folgeelektronik. Um eine Richtungserkennung<br />
der Bewegung zu ermöglichen, werden üblicherweise zwei um 90 °<br />
phasenverschobene Messsignale u 1<br />
und u 2<br />
gebildet. Bei idealen Messsignalen<br />
ist der Momentanwert abhängig von der Position x, der<br />
Signalperiode x SP<br />
und der nominalen Signalamplitude û n :<br />
Die Signalperiode x SP<br />
berechnet sich bei Winkelmessgeräten aus<br />
der Anzahl an Signalperioden z SP<br />
pro Umdrehung (Gl. 2). So hat ein<br />
Drehgeber mit 2 048 Signalperioden pro Umdrehung eine Signalperiode<br />
von ca. 633 Winkelsekunden.<br />
Josef Wittmann, M.Sc. ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften in Rosenheim<br />
Prof. Dr.-Ing. Rainer Hagl ist Elektrische Antriebstechnik<br />
und modellbasierte Steuergeräteentwicklung an der<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften in Rosenheim<br />
Das Argument der Winkelfunktionen in den Gleichungen 1a und<br />
1b kann durch den Signalperiodenwinkel ϕ SP<br />
ersetzt werden:<br />
66 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2016</strong>
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