DE2126908B2 - Einrichtung zum bestimmen einer bzw. eines von einem motor an eine aeussere last abgegebenen kraft bzw. drehmoments - Google Patents

Einrichtung zum bestimmen einer bzw. eines von einem motor an eine aeussere last abgegebenen kraft bzw. drehmoments

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DE2126908B2
DE2126908B2 DE19712126908 DE2126908A DE2126908B2 DE 2126908 B2 DE2126908 B2 DE 2126908B2 DE 19712126908 DE19712126908 DE 19712126908 DE 2126908 A DE2126908 A DE 2126908A DE 2126908 B2 DE2126908 B2 DE 2126908B2
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    • G01L3/24Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity
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    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061Force sensors associated with industrial machines or actuators

Description

hungsgeschwindigkeit des Motors wiedergebendes io
Signal (zweites Signal) verwendet wird, bei der
eine erste, an den Motor gekoppelte oder angeschlossene Übertragungsfunktionsschaltung vor- Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Begesehen ist, die, ausgehend von der charakteristi- stimmen einer bzw. eines von einem Motor an eine sehen Eingangsgröße, ein die bzw. das gesamte 15 äußere Last abgegebenen Kraft bzw. Drehmoments, vom Motor entwickelte Kraft bzw. Drehmoment bei der eine charakteristische Eingangsgröße und ein kennzeichnendes Signal (erstes Signal) erzeugt, leistungsabhängiges, mit Hilfe eines an den Motor an- und bei der eine weitere Übertragungsfunktions- geschlossenen Wandlers gewonnenes, die Umdreschaltung zur Simulierung mechanischer Charak- hungsgeschwindigkeit des Motors wiedergebendes Siteristika des Motors vorgesehen ist, dadurch to gnal (zweites Signal) verwendet wird, bei der eine gekennzeichnet, daß die weitere Übertra- erste an den Motor gekoppelte oder angeschlossene gungsfunktionsschaltung (54), deren Eingang mit Übertragungsfunktionsschaltung vorgesehen ist, die, den Ausgängen der Übertragungsfunktionsschal- ausgehend von der charakteristischen Eingangsgröße, tung (52) und des Wandlers (62) verbunden ist, ein die bzw. das gesamte vom Motor entwickelte folgende Schaltungen enthält: 25 Kraft bzw. Drehmoment kennzeichnendes Signal
a) eine erste Addierschaltung (70; 84) mit (fstes *&*) erzeugt und bei der eine weitere einem ersten Eingang für das erste Signal, Übertragungsfunktionsschaltung zur Simulierung memit einem zweiten Eingang für ein drittes chanischer Charaktenstika des Motors vorgesehen ,st.
Signal und einem Ausgang für die Summe „ Eine der f art'f7f '""<*T^ "? n> LSnnt" £
bzw. Differenz zwischen erstem Signal und Patentschrift 31 75 394 bekannt Die bekannte Emdem dritten Signal (viertes Signal), "chtunS enthall ebenfalls /'"e .elektrische Schaltung,
b) eine Schaltung (72), welche einstellbare welche die übertragungsfunktion eines Triebwerks
Schaltungselemente zur schätzungsweisen Si- oder eine? Mot°rs s)m,uhert Dab<£ ™rd.ein T~ mulierung der dynamischen und Reibungs- eingangssignal, beispielsweise im Falle einer Brennkräfte des Motors enthält und welche das 35 kraftmaschine von der Drosselklappenwelle des Vervierte Signal als Funktion der dynamischen S3^ abgeleitet und dieses Signal wird dem Eingang und Reibungskräfte des Motors abwandelt, der elektrischen Schaltung zugeführt, um ein auf die un(j Ausgangsgröße, wie z. B. das Drehmoment des Mo-
c) eine zweite Addierschaltung (74) zur Bl- tors bezogenes Ausgangssignal zu erzeugen. Die dung des Signals aus dem gewandelten vier- «° Leistung des Motors kann durch Ableiten eines Siten Signal und dem zweiten Signal. Snals ermittelt werden, welches auf die Drehzahl des
Motors bezogen ist und welches ebenfalls der elek-
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- trischen Schaltung zugeführt wird, wobei die elekkennzeichnet, daß an den Ausgang der zweiten trische Schaltung dann aus diesen Eingangssignalen Addierschaltung (74) eine Vervielfacherschaltung 45 ein Ausgangssignal entwickelt, welches auf die tat-(76) angeschlossen ist, die das aus dem gewan- sächliche von dem Motor entwickelte Leistung bedelten vierten Signal und dem zweiten Signal ge- zogen ist.
bildete Signal erzeugt. Die in der elektrischen Schaltung vorhandene
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, übertragungsfunktionsschaltung simuliert dabei wedadurch gekennzeichnet, daß die weitere Über- 50 nigstens eine mechanische Eigenschaft des Motors, tragungsfunktionsschaltung (54) eine Integrier- Diese bekannte Einrichtung ist jedoch nicht in der schaltung (86) mit mehreren zweiten Eingängen Lage, die dynamischen Kräfte und die Reibungsenthält, daß diese Integrierschaltung (86) die kräfte des Motors derart zu berücksichtigen, daß das Summe der Eingangssignale integriert, daß die angezeigte, an eine Last abgegebene Drehmoment weitere Übertragungsfunktionsschaltung (54) eine 55 nicht durch diese dynamischen Kräfte und Reibungsdie Trägheit des Motors berücksichtigende Schal- kräfte des Motors verfälscht sind.
tung (88, 98) enthält, welche das integrierte Sum- Darüber hinaus läßt sich diese bekannte Einrich-
mensignal erhält, daß die weitere Übertragungs- tung auch nicht an unterschiedliche Motortypen an-
funktionsschaltung (54) weiter eine die Coulomb- passen.
reibungsverluste des Motors berücksichtigende 60 Bekannt ist auch ein Kontrollgerät für die Über-
Rückkopplungsschleife (90) enthält, welche zu wachung der Antriebsleistung von Werkzeugmaschi-
einem der zweiten Eingänge geführt ist, und daß nen, welches die Änderungen der Antriebsleistung
die weitere Übertragungsfunktionsschaltung (54) einer Werkzeugmaschine registriert, die durch
eine zweite Rückkopplungsschleife (92, 94) mit schwankende Homogenität des Werkstoffes, Ab-
einer Vervielfacherschaltung (94) und einer Vor- 65 nutzung der Werkzeugschneiden usw. bedingt sind,
richtung (92) zur Berücksichtigung der Viskosi- Geht die vom Motor der Antricbsspindcl aufgenom-
tätsreibung des Motors, die an einen weiteren der mene Leistung über einen kritischen Wert hinaus,
zweiten Eingänge geführt ist, enthält. dann kann das Geriit die Maschine abstellen oder
if.
den Vorschub ändern, um z. B. die Zerstörung des teilhafte Weiterbildung erfahren, daß die weitere Schneidwerkzeuges zu verhindern. Die Änderung der Ubertragungsfunktionsschaltung eine Integrierschal-Leistungsaufnahme des Antriebsmotors wird durch schaltung mit mehreren zweiten Eingängen enthält, einen Stromwandler in eine der Änderung proportio- daß diese Integrierschaltung die Summe der Einnale Spannung umgewandelt. Ihr Effektivwert stellt 5 gangssignale integriert, daß die weitere Übertragungsein Maß für das Antriebsmoment dar. Dieses be- funktionsschaltung eine die Trägheit des Motors bekannte Kontrollgerät liefert somit eine dem Antriebs- rücksichtigende Schaltung enthält, welche das intemoment proportionale Gleichspannung, die z. B. den grierte Summensignal erhält, daß die weitere Überbetreffenden Vorschub an der Maschine kontinuier- tragungsfunktionsschaltung weiter eine die Coulomblich regeln kann. Auch dieses bekannte Kontrollgerät io reibungsverluste des Motors berücksichtigende Rückist jedoch nicht imstande, die dynamischen Kräfte kopplungsschleife enthält, welche zu einem der zwei- und Reibungskräfte, die in einem Motor auftreten, ten Eingänge geführt ist, und daß die weitere Übermit zu berücksichtigen, so daß die gewonnene, dem tragungsfunktionsschaltung eine zweite Rückkopp-Antriebsmoment proportionale Gleichspannung nicht lungsschleife mit einer Vervielfacherschaltung und das unverfälschte an die Last abgegebene Dreh- l5 einer Vorrichtung zur Berücksichtigung der Viskosimoment wiedergibt (Zeitschrift »Elektronik« 1958, tätsreibung des Motors, die an einen weiteren der Nr. 6, S. 197). zweiten Eingänge geführt ist, enthält.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- Im folgenden wird die Erfindung anhand von Aussteht darin, eine relativ einfach aufgebaute Einrich- führungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung tung der eingangs definierten Art zu schaffen, mit ao näher erläutert. Es zeigt
deren Hilfe sich die von einem Motor aufgrund einer F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines
an diesen angehängten äußeren Last entwickelte Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einem hy-Kraft bzw. Drehmoment unter Berücksichtigung aller draulischen Motor,
dynamischen und Reibungskräfte des Motors sehr F i g. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines
genau bestimmen läßt. 25 Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einem
Eingehend von der Einrichtung der eingangs defi- Gleichstrommotor,
nierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da- F i g. 3 ein Blockschaltbild, welches ein Ausfüh-
durch gelöst, daß die weitere Übertragungsfunlaions- rungsbeispiel in Verbindung mit irgendeiner Motorschaltung, deren Eingang mit den Ausgängen der ausführungsform veranschaulicht,
ersten Ubertragungsfunktionsschaltung und des 30 F i g. 4 eine genauere Darstellung eines Schaltungs-Wandlers verbunden ist, folgende Schaltungen ent- abschnittes bzw. Blockes von F i g. 3,
hält: F i g. 5 eine noch ausführlichere Darstellung des
Schaltungsabschnittes gemäß F i g. 4,
a) eine erste Addierschaltung mit einem ersten Ein- F i g. 6 ein detailliertes Blockschaltbild eines gang für das erste Signal, mit einem zweiten 35 Schaltungsabschnitts von F i g. 3 und
Eingang für ein drittes Signal und einem Aus- F i g. 7 ein detailliertes Blockschaltbild einer spe-
gang für die Summe bzw. Differenz zwischen ziellen Ausführungsform, bei welcher auch die me-
erstem Signal und dem dritten Signal (viertes chanischen Eigenschaften einer Leistungsübertra-
Signal); gungseinrichtung mit berücksichtigt werden.
b) eine Schaltung, welche einstellbare Schaltungs- 40 F i g. 1 veranschaulicht ein schematisches Blockelemente zur schätzungsweisen Simulierung der schaltbild einer Einrichtung zum Bestimmen einer dynamischen und Reibungskräfte des Motors von einem Motor an eine äußere Last abgegebenen enthält und welche das vierte Signal als Funk- Kraft oder Drehmoment durch Erfassen eines leition der dynamischen und Reibungskräfte des stungsabhängigen Parameters innerhalb des Motors Motors abwandelt, und 45 unter Berücksichtigung aller dynamischen und Rei-
c) eine zweite Addierschaltung zur Bildung des bungs-Kräfte. Die Einrichtung wird gemäß F i g. 1 Signals aus dem gewandelten vierten Signal und in Verbindung mit einem hydraulischen Motor zur dem zweiten Signal. Anwendung gebracht. Ein Spannungssignal wird
dem Eingang eines Servoventils iO zugeführt. D*m
Mit Hilfe der Einrichtung nach der Erfindung las- 5° Servoventil 10 ist ein Verstärker vorgeschaltet, um
sen. sich die an eine äußere Last abgegebene Kraft den erforderlichen Erregerstrom für das Servoventil
bzw. das eine äußere Last abgegebene Drehmoment zu erreichen und um dieses Servoventil anzusteuern,
nicht durch dynamische und Reibungskräfte, die im Die elektrische Ausgangsgröße des Ventils, die eine
Motor auftreten, verfälscht zur Anzeige bringen. Die der Leistungsaufnahme des Motors entsprechende
Einrichtung nach der Erfindung eignet sich daher 55 Größe darstellt, wird auf eine Addierschaltung 12
insbesondere für eine äußerst genaue Ermittlung der gegeben und gelangt dann zu einer Übertragungs-
an eine äußere Last abgegebenen Kraft bzw. des an funktionsschaltung 14, die durch
eine äußere Last abgegebenen Drehmoments. Darüber hinaus ist bei der Einrichtung nach der Erfin- 1
dung ohne weiteres eine Anpassung an verschiedene 60 K( ? _j_ /f;
Motortypen durch individuelles Einstellen einzelner
Parameter möglich. definiert ist und eine Integration der Größe vor-Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist nimmt. Der Koeffizient der Laplaceschen Operavorgesehen, daß an den Ausgang der zweiten Addier- tion stellt den Kompressibilitätskoefnzienten der in schaltung eine Vervielfacherschaltung angeschlossen 65 der Motor-Ventilkombination enthaltenen Flüssigist, die das aus dem gewandelten vierten Signal und keit dar, und die andere Konstante in der Schaltung, dem zweiten Signal gewonnene Signal erzeugt. 14 stellt den Streuverlustfaktor dar, der durch die Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vor- Motor-Ventilkombination erzeugt wird. Nach einer
Integration und Abwandlung durch die Übertragungsfunktionsschaltung 14 erhält man eine Ausgangsgröße, die das Druckgefälle durch den Motor darstellt. Dieses Signal wird einer weiteren Übertragungsfunktionsschaltung 16 zugeführt, und diese Schaltung wandelt das Signal als Funktion der Verschiebung oder Verstellung des Motors ab, um ein Signal zu erzeugen, welches die gesamte bzw. das gesamte vom Motor entwickelte Kraft bzw. Drehaus der Schaltung 36 gelangt zu einer Übertragungsfunktionsschaltung 40, die durch den Ausdruck
/,5 + B11
wird und eine Kraft darstellt, die der Coulombreibung des Motors entspricht. Diese dabei erhaltene Summe wird einer Übertragungsfunktionsschaltung 24 zugeführt, die durch den Ausdruck
/,s-l- B1,
gekennzeichnet ist und ein Signal erzeugt, welches die Geschwindigkeit bzw. Umdrehungszahl des Motors wiedergibt. Dieses Signal wird über die Übermoment wiedergibt. Die entwickelte Motorkraft bzw. io tragungsfunktionsschaltung 42 rückgekoppelt, wobei das entwickelte Drehmoment wird in einer Addier- diese Schaltung eine Proportionalitätskonstante einschaltung 18 mit einer Größe summiert, die eine führt, die gleich der Geschwindigkeitskonstanten des äußere am Motor angehängte Last 19 kennzeichnet. Motors ist; es wird somit ein Signal rückgekoppelt, Die resultierende Größe wird in einer weiteren Ad- welches in der Addierschaltung 28 mit dem ersten dierschaltung 20 mit einem Signal summiert, welches 15 Signal summiert wird.
durch die Übertragungsfunktionsschaltung 22 erzeugt Es sei hervorgehoben, daß bei einem Vergleich
der F i g. 1 und 2 funktionsmäßig die durch die gestrichelten Linien definierten Blocks 44 und 46 bzw. die darin enthaltenen Elemente identisch sind. Die 20 Beziehung zwischen den dynamischen und Reibungs-Kräften im Motor zur äußeren Last ist in beiden Fällen identisch. Wenn es gewünscht wird, die aufgrund einer äußeren Last vom Motor erzeugte Kraft bzw. Drehmoment zu messen, so ist es äußerst wüngekennzeichnet ist und eine weitere Integration »5 sehenswert, einen Drehmomentwandler zu verwendurchführt, so daß man ein Signal erhält, welches den, der so dicht als möglich an der Stelle, an weldie Geschwindigkeit des Motors bzw. Drehzahl des- eher die Last hängt, angeordnet wird. Ein anderes selben wiedergibt. Der Koeffizient des Laplaceschen Verfahren besteht darin, indirekt die vom Motor Operators stellt die effektive Trägheit des Motors abgegebene Kraft oder Drehmoment zu bestimmen, dar; die andere Konstante stellt die effektive Viskosi- 3° Dies wird durch Messen von Parametern innerhalb tätsreibung des Motors dar. Das Geschwindigkeits- des Motors bewerkstelligt, die dann die gesamte ersignal des Motors wird in ein Durchsatzmengen- zeugte Kraft oder Drehmoment und tatsächlich aufsignal in der Übertragungsfunktionsschaltung 26 mit tretende Geschwindigkeit oder Umdrehungsgeschwin-Hilfe einer Proportionalitätskonstanten umgewandelt, digkeit darstellen. Diese Parameter werden als Eindic die Verschiebung oder Verdrehung des Motors 35 gangsgröße einer Übertragungsfunktionsschaltung zuwicdergibt. Das so erhaltene Durchsatzmengen- geführt, die die dynamischen und Reibungs-Eigensignal wird zurück zur Addierschaltung 12 geleitet. schäften des Motors definiert. Diese Ubertragungs-F i g. 1 veranschaulicht nur allgemein die Übertra- funktionsschaltung erzeugt ein Ausgangssignal, welgungsfunktionen eines Hydraulikmotors. ches angenähert die äußere vom Motor erzeugte
F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild mit einem Gleich- 40 Kraft bzw. Drehmoment kennzeichnet. Es ist unvorstrommotor. Ein erstes Signal wird der Übertragungs- teilhaft, die Eingangsgrößen zu den Blocks 44 und
46 direkt zu messen, die die gesamte erzeugte Kraft oder Drehmoment wiedergeben. Es sind jedoch die Eingangsgrößen für die Übertragungsfunktionsschal-45 tungen 16 und 32 unmittelbar zugänglich und können gemessen werden. Daher stellen die Blocks 16 und 44 der F i g. 1 und die Blocks 32 und 46 der F i g. 2 Stellen der Einrichtung dar, an denen die Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen überwacht
funktionsschaltung 30 zugeführt, welche durch den Ausdruck
1
LnS + Rn
gekennzeichnet ist, und dieses Signal wird in der
Addierschaltung 28 erzeugt. Die Übertragungsfunktionsschaltung 30 führt eine Integration durch. Der 50 werden können. In F i g. 1 stellt die Eingangsgröße Koeffizient des Laplace'schen Operators stellt die zum Block 16 das Druckgefälle durch den Motor Ankerinduktivität des Motors dar; die andere Kon- dar; in Fig. 2 stellt die Eingangsgröße zum Block32 stante stellt den Widerstand des Ankers des Motors den Ankerstrom dar. Die Ausgangsgrößen aus dem dar. Die Ausgangsgröße aus der Übertragungsfunk- Block 44 und 46 kennzeichnen die Motorgeschwintionsschaltung 30 besteht aus einem gesteuerten Si- 55 digkeit bzw. dessen Umdrehungszahl, gnal, welches den Ankerstrom wiedergibt. Dieses F i g. 3 veranschaulicht allgemein ein weiteres AusSignal wird durch eine Übertragungsfunktionsschal- führungsbeispiel. Der durch die gestrichelten Linien tung 32 abgewandelt, deren Funktion die Dreh- definierte Block 50 stellt eben Motor mit einer an momentenkonstante des Motors kennzeichnet. Die diesen angehängten äußeren Last dar, die durch die Ausgangsgröße stellt demnach das vom Motor er- 6° Einrichtung gemäß dem gewählten Ausführungsbeizeugte Drehmoment dar, und sie wird mit einem die spiel genau bestimmt werden soll. Eine erste Überan den Motor angehängte äußere Last 33 wieder- tragungsfunktionsschaltung 52 ist am Eingang zum gebenden Signal in der Addierschaltung 34 summiert. Block 50 angeordnet, wobei diese eine Proportionali-Dieses Summensignal gelangt zu einer Addierschal- tätskonstante einführt, die entweder eine Verschietung 36, der auch noch eine weitere Eingangsgröße 65 bung des Motors oder eine Drehmomentenkonstante von einer Rückkopplungs-Übertragungsfunktions- wiedergibt. Die Übertragungsfunktionsschaltung schaltung 38 zugeführt wird, die die Coulombschen besteht aus zwei Elementen, und zwar aus einem Reibungsverluste berücksichtigt. Die Ausgangsgröße Eingangswandler 51 und einem Potentiometer 53.
3771
7 8
Der Eingangswandler 51 kann eine Differential- Leitung 64 vom Wandler 62 geliefert wird. Das Aus-Druckvorrichtung sein, die auf das Druckgefälle gangssignal aus der Addierschaltung74 gelangt durch durch den Motor ansprechen kann; ebenso kann die eine Multiplizierschaltung 76; sie wird dann zur Aderste Übertragungsfunktionsschaltung ein Reihen- dierschaltung 70 rückgekoppelt. Da das erste Signal ankerwiderstand sein, der eine Messung des Anker- 5 auf der Leitung 66 zur Übertragungsfunktionsschalstromes liefert. Wie bereits an früherer Stelle er- tung 54 die gesamte vom Motor erzeugte Kraft bzw. wähnt wurde, so stellt die Eingangsgröße zum Block Drehmoment darstellt, und da das Ausgangssignal 50 ein Signal dar, welches proportional zur gesamten aus der Schaltung 72 die geschätzte Motorgeschwin-Kraft bzw. Drehmoment ist, die vom Motor erzeugt digkeit bzw. Umdrehungszahl wiedergibt, und zwar wird. Eine Proportionalitätskonstante wird durch das io unter Einkalkulierung der dynamischen und Rei-Potentiometer 53 eingeführt. Daher erscheint am bungs-Kräfte, muß die Differenzgröße zwischen der Ausgang 66 ein erstes Signal, welches die gesamte geschätzten Geschwindigkeit bzw. Umdrehungszahl vom Motor erzeugte Kraft bzw. Drehmoment kenn- und der tatsächlichen Geschwindigkeit bzw. Umzeichnet; dieses am Ausgang 66 erscheinende erste drehungszahl, die von der Addierschaltung 74 abge-Signal wird einer weiteren Übertragungsfunktions- «5 geben wird, durch das Belasten des Motors durch schaltung 54 zugeführt. Die weitere Übertragungs- eine äußere Last erzeugt werden. Daher stellt das funktionsschaltung 54 enthält elektrische Netzwerke, Ausgangssignal aus der Addierschaltung 74 ein Sidie analog zu den im Block 50 enthaltenen Elemen- gnal dar, welches zu der vom Motor erzeugten Kraft ten sind. Das erste Signal auf der Leitung 66 wird bzw. Drehmoment, die aus der äußeren Last des in dem Netzwerk verarbeitet, und zwar abhängig von ao Motors resultiert, proportional ist. Dieses Signal wird den dynamischen und Reibungs-Kräften des Motors. in der Multiplizierschaltung 76 verstärkt, um ein Si-AIs Ergebnis erhält man eine Größe der Motordreh- gnal auf der Leitung 78 vorzusehen, welches die gezahl, deren Wert mit einem zweiten Signal auf der schätzte Kraft bzw. Drehmoment am Ausgang des Leitung 64 in der weiteren Übertragungsfunklions- Motors entsprechend der daranhängenden Last wieschaltung 54 summiert wird. Das Signal auf der Lei- >5 dergibt.
tung 64 wird von einem Wandler 62 vorgesehen, der Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, daß das
an den Ausgang des Motors angeschlossen ist und Ausgangssignal aus der Übertragungsfunktionsschal-
cin Signal erzeugt, welches proportional zur vorhan- tung 72 ein Annäherungswert der Motorgeschwin-
dencn Motorgeschwindigkeit bzw. Drehzahl ist. Die digkeit bzw. Umdrehungszahl ist. Ein Grund hierfür
sich aufgrund der Addition ergebende Ausgangs- 3< > besteht darin, daß die bestimmten Werte der dyna-
größe wird vervielfacht und rückgekoppelt und wird mischen und Reibungs-Kräfte nicht die absoluten
dann algebraisch zum ersten Signal auf der Leitung Größen dieser Parameter des Motors sind. Obwohl
66 addiert und gelangt schließlich von der Übertra- diese Werte sehr genau bestimmt werden können, so
gungsfunktionsschaltung als ein zur Größe der am stellen sie dennoch Annäherungswerte dar; auch ist
Motor hängenden äußeren Last proportionales drit- 35 die erwähnte Geschwindigkeit bzw. Umdrehungszahl
tes Signal zum Ausgang. des Motors nur ein Annäherungswert. Demnach
Betrachtet man nun wieder die Fig. 1 und 2, so stellt das Signal auf der Leitung 78 der Vervielgeht hervor, daß, wenn man die vorhandenen Signale facherschaltung 76 nicht ein absolutes Maß der oder zugeführten Spannungen der Motoren zum Er- Kraft bzw. des Drehmoments entsprechend der am mitteln der von den Motoren abgegebenen Kraft 40 Motor hängenden Last dar, sondern muß als Anoder Drehmoment entsprechend der Last verwendet, näherungswert der der Last entsprechenden Kraft die Zusammensetzung der analogen Übergangs- oder bzw. Drehmoments betrachtet werden. Der Vorgang, Übertragungsfunktionen sich noch mehr komplizie- die Werte der dynamischen und Reibungs-Kräfte zu ren würde und von Motortyp zu Motortyp sich an- bestimmen, soll an späterer Stelle im einzelnen bedern würde. *5 schrieben werden.
Es ist demnach von Bedeutung, daß beim Ausfüh- Fig. 5 veranschaulicht ein Blockschaltbild der rungsbeispiel der Erfindung nicht die Eingangsgrö- Ausführungsform gemäß F i g. 4, jedoch mit weiteren ßen des Motors erfaßt werden, sondern daß als Ein- Einzelheiten und in einer etwas unterschiedlichen eangsgröße ein interner Parameter verwendet wird Anordnung. Die Übertragungsfunktionsschaltung 72 und'dazu dient auf direkte Weise die von dem Motor 50 der F i g. 4 ist durch die Übertragungsfunktionsschalerzeugte gesamte Kraft bzw. Drehmoment zu be- tungen 80 und 82 ersetzt. Die Übertragungsfunkstimmen tionsschaltung 82 enthält elektrische Netzwerke
Fig. 4 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild, wel- analog zu den Reibungsverlusten und sieht eine Ein-
ches allgemein den Aufbau der Übertragungsfunk- gangsgröße für die Addierschaltung 84 vor, um die
tionsschaltung 54 veranschaulicht. Das Signal auf 55 gesamte Motorkraft bzw. Drehmoment um einen Be-
der Leitung 66 ist als Eingan* zu einer Addierschal- trag abzuwandeln, der proportional zu den Verlusten
tung 70 geführt deren Ausgang zu einem Eingang ist. Die Übertragungsfunktionsschaltung 80 enthält
einer Übertragungsfunktionsschaltung 72 geführt ist. elektrische Netzwerke analog zur Systemträgheit oder
Die Übertragungsfunktionsschaltung 72 wandelt das zu den dynamischen Kräften, um die Eingangsgröße
ihr zugeführte Signal entsprechend bestimmter Werte 6° umgekehrt proportional zu dem bestimmten Wert
der dynamischen und Reibungs-Kräfte ab und inte- der Trägheit abzuwandeln. Es ist weiter eine Schal-
griert das so abgewandelte Signal, so daß ein Signal tungsanordnung zum Integrieren des abgewandelten
erhalten wird welches eine geschätzte Motor- Signals vorgesehen, um em angenähertes Geschwin-
geschwindigkeit bzw. Umdrehungszahl kennzeichnet. digkeitssignal am Ausgang der Übertragungsfunk-
Die geschätzte Geschwindigkeit wird in einer Addier- 65 tionsschaltung 80 vorzusehen In Fig 5 sind die
schaltung 74 mit der tatsächlichen Motorgeschwin- Addierschaltung 74 und die Vervielfacherschaltung
digkeit bzw Drehzahl die auf der Eingangsleitung 76 in einer Ruckkopplungsschleife von der Übertra-
64 erscheint, verglichen, wobei dieses Signal auf der gungsfunktionsschaltung 80 angeordnet.
ίο
F i g. 6 zeigt ein detailliertes Schaltbild der weite- weise über einen Getriebekasten, Kugelschraube usw. ren Übertragungsfunktionsschaltung 54. Ein Fach- Fig. 7 veranschaulicht im einzelnen ein Schaltmann erkennt, daß das System aus invertierenden schema der weiteren Übcrtragungsfunktionsschal-Einrichtungen besteht; es lassen sich jedoch auch tung 54 in Verbindung mit dem zuvor erwähnten nicht invertierende Vorrichtungen dabei einsetzen. 5 Fall. Es sei hervorgehoben, daß der einzige Unter-Bei dem gezeigten System mit invertierenden Ver- schied zu der früheren Übertragungsfunktionsschalstärkern weisen die Ausgangsgrößen jedes Verstär- tung darin besteht, daß ein Potentiometer 95 hinzu kers eine zur Eingangsgröße entgegengesetzte Polari- kommt, welches die mechanische Eigenschaft der tat auf. Das die gesamte Motorkraft bzw. Dreh- Leistungsübertragungseinrichtung mit berücksichtigt, moment wiedergebende erste Signal auf der Leitung 10 In Fig. 7 sind die Potentiometer 88, 92 und 100 66 wird der Integrierschaltung 86 zugeführt. Diese mehr im einzelnen gezeigt; die Potentiometer 88 und Integrierschaltung erhält ein weiteres Signal von der 92 müssen jedoch so eingestellt werden, daß sie be-Rückkopplungsschleife, die einen Schalter 90 be- stimmte Größen der Trägheit und der Viskositätsinhaltet. Dieser Schalter 90 erzeugt eine Ausgangs- reibung berücksichtigen, und zwar sowohl vom Mogröße, die kennzeichnend für einen bestimmten Wert 15 tor als auch von der Lcistungsübertragungseinrichtung. der Coulombschen Reibung ist. Wenn die dem Der Schalter 90 von F i g. 6 wird durch einen Schalter 90 zugeführte Eingangsgröße Null ist, was Funktionsverstärker 104 in Fig. 7 ersetzt, und dieeine angenäherte Geschwindigkeit bzw. Umdrehungs- ser Verstärker erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Pozahl von Null kennzeichnet, dann ist auch die Aus- larität der Polarität des Eingangssignals zum Vergangsgröße aus dem Schalter Null. Wenn die Ein- 20 stärker entspricht. Das Ausgangssignal wird vorgegangsgröße zum Schalter positiv gerichtet ist, was spannt, um ein richtiges positives oder negatives Sieine Drehung in der einen Richtung wiedergibt, dann gnal vorzusehen, welches die Werte der Coulombnimmt die Ausgangsgröße des Schalters einen Wert sehen Reibung für beide Drehrichtungen des Motors an, der eine bestimmte Größe der Coulombschen und der Leistungsübertragungseinrichtung kennzeich-Reibung in dieser Richtung wiedergibt. Wenn die 25 net. Weiter sind die Verstärker 98 und 94 der F i g. 6 Eingangsgröße zum Schalter negativ gerichtet ist, was durch Funktionsverstärker 106 und 108 in Fig. 7 eine Drehung in entgegengesetzter Richtung kenn- ersetzt; diese Verstärker weisen eine Ohmsche Rückzeichnet, dann nimmt die Ausgangsgröße des Schal- kopplung auf, um den Verstärkungsbereich der Verters einen Wert an, der eine bestimmte Größe der stärker festzulegen. Der Verstärker 96 der Fig. 6 ist Coulombschen Reibung in dieser entgegengesetzten 30 in Fig. 7 durch den Funktionsverstärker 110 ersetzt. Richtung wiedergibt. Die Integrierschaltung 86 er- Die Integrierschaltung 86 der Fig. 6 besteht in hält auch ein weiteres Eingangssignal von einer zwei- Fig. 7 aus dem Funktionsverstärker 102, der ein ten Rückkopplungsschleife, die ein Potentiometer 92 kapazitives Element in einer Rückkopplungsschleife und einen Verstärker 94 beinhaltet. Das Potentio- aufweist.
meter 92 ist auf einen Wert einstellbar, der eine be- 35 Die Ausführungsform gemäß F i g. 7 ist verwendstimmte Größe der Viskositätsreibung darstellt. Die- bar in Verbindung mit dem Geschwindigkeitswandses Signal gelangt durch den Verstärker 94 zur Inte- ler, der an den Ausgang des Motors angeschlossen grierscha!tung86. Schließlich wird der Integrierschal- ist, wie dies bei allen früheren Ausführungsformen tung 86 auch noch das dritte Signal zugeführt, das der Fall war, und das einzige neue Element besteht von einer dritten Rückkopplungsschleife stammt, wo- 40 in dem Potentiometer 95, welches die mechanische bei diese Rückkopplungsschleife einen Verstärker 96 Eigenschaft der Leistungsübertragungseinrichtung und ein Potentiometer 100 enthält. Der Verstärker wiedergibt. Damit ist das Signal auf der Leitung 78 96 summiert und verstärkt die angenäherte Ge- ein getreuer Annäherungswert einer angehängten schwindigkeit bzw. Umdrehungszahl und die tatsäch- äußeren Last. Es sind auch andere Ausführungsforlich vorhandene Geschwindigkeit entsprechend dem 45 men dieser Anordnung möglich. Es kann z. B. der zweiten Signal auf der Leitung 64. Die dabei erhal- Geschwindigkeitswandler am Ausgang der Leistungstene Differenz wird als Eingangsgröße dem Poten- übertragungseinrichtung angeordnet werden. In dietiometer 100 zugeführt, welches für eine angemessene sem Fall wurde das Potentiometer 95 an einer ande-Schleifenverstärkung sorgt. Die Ausgangsgröße aus ren Stelle in der Schaltung gelegen sein. Die Funkdem Potentiometer 100 gelangt als drittes Signal zur 5<> tionsweise und der Betrieb der Übertragungsfunk-Integrierschaltung 86 und wird von der weiteren tionsschaltung 54 wurde eingehend an früherer Stelle Übertragungsfunktionsschaltung 54 als Ausgangs- erläutert; es ist somit eine weitere Erläuterung der größe auf der Leitung 78 vorgesehen und stellt die Betriebsweise dieser Schaltung in Verbindung mit angenäherte Kraft bzw. Drehmoment entsprechend F i g. 7 überflüssig.
der Last dar. Die Integrierschaltung 86 addiert alge- 55 Es verbleibt jedoch noch eine unbeantwortete
braisch alle Eingangssignale und integriert die resul- Frage, und zwar hinsichtlich der Ermittlung der be-
tierende Summe. Das dabei erhaltene Ergebnis der stimmten Werte der Trägheit, Coulombschen Rei-
Integration gelangt zum Potentiometer 88, welches bung und Viskositätsreibung. Diese Werte können
auf einen Wert eingestellt ist, der eine bestimmte theoretisch ermittelt werden und an den jeweiliger Größe der inversen Motorträgheit wiedergibt. Die «<· Potentiometern eingestellt werden. Diese Werte kön-
Ausgangsgröße des Potentiometers gelangt zum Ver- nen jedoch auch unter Zuhilfenahme der Schaltung
stärker 98, welcher an früherer Stelle erwähnt wurde gemäß F i g. 7 bestimmt werden, um sehr genau der
und als Inverter arbeitet. Motor an die Leistungsübertragungseinrichtung anzu-
Bisher lag der Beschreibung die Annahme zu- passen, bei welcher die Einrichtung zur Anwendung gründe, daß die äußere Last direkt am Motor ange- 65 gelangt. Dies kann durch Aktivieren des Systems und
schlossen ist. In vielen Anwendungsfällen wird je- durch Anschließen einer Anzeigevorrichtung, wie
doch die Last über eine Leistungsübertragungsein- z.B. eines Oszillographen, an der Ausgangsleitunj
richtung an den Motor angeschlossen, wie beispiels- 78 erreicht werden. Da das am Ausgang 78 erschei·
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11 12
nendc dritte Signal die angenäherte Kraft bzw. Dreh- 78 überwacht. Eine Spitze oder plötzliche Zunahme moment entsprechend der anhängenden Last dar- und Abnahme der angenäherten Kraft bzw. Drehstellt, sollte die Ausgangsgröße auf der Leitung 78 moments entsprechend der angehängten Last läßt Null sein, wenn das System ohne Last bzw. im Leer- sich dabei beobachten. Das Potentiometer 88, wellauf läuft. Wenn dies nicht der Fall ist, dann sind s ches das Inverse der Trägheit wiedergibt, wird so die bestimmten Reibungswerte fehlerhaft. Um den eingestellt, daß die Größe des Spitzensignals minimal Wert der Viskositätsreibung zu korrigieren, wird eine gestaltet wird. Um diese Einstellung zu verfeinern beliebige Motorumdrehungszahl gewählt; dann wird und um äußerst genaue Werte zu erzielen, sollte die der Wert der angenäherten Kraft bzw. Drehmoments zuvor geschilderte Reihenfolge der Einstellungen entsprechend der angehängten Last festgehalten. Die io mehrere Male vorgenommen werden.
Motorumdrehungszahl wird dann auf einen anderen Die Einstellung des Potentiometers 100, welches Wert verlegt. Wenn die angenäherte Kraft bzw. die Verstärkung in der dritten Rückkopplungsschleife Drehmoment entsprechend der angehängten Last bestimmt, ist ein Bemessungsproblem hinsichtlich der sich auf einen neuen Wert ändert, so wird das Po- Ansprechzeit und der gewünschten Genauigkeit der tentiometer 92, welches für die Viskositätsreibung 15 angenäherten Kraft bzw. Drehmoment entsprechend zuständig ist, so eingestellt, daß die neuerlich ange- der angehängten Last relativ zur tatsächlichen Kraft näherte Kraft bzw. Drehmoment entsprechend der bzw. Drehmoment entsprechend der Last. In F i g. 7 angehängten Last dem zuvor festgehaltenen Wert entspricht die Beziehung zwischen angenäherter Kraft entspricht. Dabei kann man die Geschwindigkeit des bzw. Drehmoment und tatsächlicher Kraft bzw. Dreh-Motors mehrere Male ändern, um die Einstellung zu 20 moment dem Ansprechverhalten eines typischen verfeinern und um einen genauen Wert der Viskose- Null-Servosystems. Ein Fachmann erkennt, daß, je reibung zu erzielen. größer der Verstärkungswert hinsichtlich der Größe Als nächstes — abhängig von der Drehrichtung — der Viskositätsreibung ist, desto genauer die angewird der in geeigneter Weise veränderliche Wider- näherte Kraft bzw. Drehmoment an die tatsächliche stand 112 oder 114, der für die Coulombschc Rei- 25 Kraft bzw. Drehmoment herangelangt. Weiterhin, je bung zuständig ist, so lange eingestellt, bis das dritte größer der Verstärkungswert hinsichtlich der Größe Signal auf der Leitung 78 Null ist. Die Motordreh- der Trägheit ist, desto kürzer ist die Ansprechzeit richtung wird dann umgedreht; dann wird der andere der angenäherten Kraft bzw. Drehmoments beim Beder veränderlichen Widerstände 112 oder 114 so ein- stimmen der tatsächlichen Kraft bzw. Drehmoments, gestellt, daß das dritte Signal auf der Leitung 78 30 Es sei hervorgehoben, daß das Steuersystem der ebenfalls Null beträgt. Schließlich kann man auch weiteren übertragungsfunktionsschaltung 54 als einen genauen Wert der Trägheit bestimmen. Von Servosystemtyp ausgelegt werden kann, indem man allen Variablen läßt sich die Trägheit theoretisch am am Verstärker 110 eine Rückkopplungskapazität genauesten bestimmen; diese Einstellung läßt sich vorsieht, so daß dieser zur Integrierstufe wird. Theodaher optimal vornehmen. Zur Einstellung wird die 35 retisch erzielt man mit diesem System eine genauere Motorgeschwindigkeit-Stcuereinrichtung durch eine Annäherung an die Kraft bzw. Drehmoment entspre-Rechteckwellen-Eingangsgröße erregt, so daß cine chend der angehängten Last unter Stetigzustand-Beschleunigung in das System eingeführt wird. Wäh- bedingungen. Ein solches System weist jedoch eine rend der Geschwindigkeitsübergänge oder der Be- größere Neigung zur Unstabilität und Schwingung schleunigungsperiode wird das Signal auf der Leitung 40 auf.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
ίψ
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Claims (1)

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gePatentansprüche: kennzeichnet, daß an den Ausgang der zweiten Addierschaltung (110) ein Potentiometer (95) zur
1. Einrichtung zum Bestimmen einer bzw. eines Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften von einem Motor an eine äußere Last abgegebe- 5 einer an den Motor angeschlossenen Leistungsnen Kraft bzw. Drehmoments, bei der eine cha- übertragungseinrichtung angeschaltet ist.
rakteristische Eingangsgröße und ein leistungsabhängiges, mit Hilfe eines an den Motor angeschlossenen Wandlers gewonnenes, die Umdre-
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