Lageregelung für eine reaktionsschnelle Aktoreinheit mit elastischem Antriebsstrang

In zahlreichen Anwendungsfällen im Bereich der Automatisierungstechnik kommen reaktionsschnelle Servoantriebe zum Einsatz. Diesen wird meist eine hohe dynamische Störsteifigkeit und gleichzeitig eine gute Positionierruhe und -genauigkeit abverlangt. Eine deutliche Erhöhung der dynamischen Störsteifigkeit kann erzielt werden, wenn die innerste Regelschleife für das Drehmoment der Antriebsmaschine durch einen Regelkreis für deren Drehbeschleunigung ersetzt wird. Das Belastungsmoment greift dann nämlich ebenso wie Reibungsmomente aller Art innerhalb dieser schnellen unterlagerten Regelschleife für die Drehbeschleunigung ein und wird dort schnellstmöglich ausgeregelt. Allerdings kommt es bei der Realisierung einer direkten Regelung der Drehbeschleunigung des Maschinenrotors zu sogenannten selbsterregten Schwingungen in dieser Regelschleife, welche die Positionierruhe ganz erheblich verschlechtern. Ursache für diese selbsterregten Schwingungen ist die in der Regelschleife für die Drehbeschleunigung des Maschinenrotors eingeschlossene mechanische Übertragungsstrecke vom Angriffspunkt des Drehmoments am Maschinenrotor bis zum Ort der Erfassung der Drehbeschleunigung, welche zu einem instabilen Verhalten des Drehbeschleunigungsreglers führt. Der Aufbau eines stabilen Regelkreises für die Drehbeschleunigung des Maschinenrotors erfolgt durch die Verwendung eines synthetisierten Drehbeschleunigungssignals als Regelgröße. Zur Bildung dieses Signals werden das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors und das Signal für das innere Drehmoment der Antriebsmaschine jeweils geeignet gefiltert und anschließend addiert. Dabei erfolgt die Filterung des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors mit einem Tiefpass, der so dimensioniert ist, dass die Übertragungsstrecke vom Angriffspunkt des Drehmoments am Maschinenrotor bis zum Ort der Erfassung der Drehbeschleunigung praktisch keinen Einfluss mehr auf die Regelschleife für die Drehbeschleunigung aufweist. Das Signal für das Drehmoment wird dagegen mit einem Hochpass gefiltert, so dass die durch den Tiefpass unterdrückten hochfrequenten Anteile des Beschleunigungssignals aus diesem Signal gewonnen werden.