Digitale Lageregelung an numerisch gesteuerten Fertigungseinrichtungen

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Untersuchung di gitaler Lageregelsysteme an Ne-Maschinen. Es wird gezeigt, wie die Kaskadenstruktur - Lageregelkreis mit unterlagertem Geschwindigkeitsregelkreis -, die zum gro-· Ben Teil heute noch in Analogtechnik ausgeführt ist, in eine digitale Lösung mit einem Rechner umgesetzt werden kann. Da zu wird sowohl auf gerätetechnische Gesichtspunkte beim Auf bau derartiger Regelkreise, als auch auf die Reglergleichungen eingegangen. Für die Lage- und Geschwindigkeitsregelalgorith men (parameteroptimierte Regler) werden optimale Einstellwer te abgeleitet. Außerdem wird auf die Auswirkungen der Quan tisierungsungenauigkeiten bei der Ableitung des Geschwindig keitswertes aus dem Signal des Lagemeßsystems auf das Ver halten des Geschwindigkeitsregelkreises hingewiesen. Zur Er gänzung und überprüfung der theoretischen überlegungen wurden die Regelkreise mit einem Mikrorechner an einem Versuchsstand (Werkzeugmaschinenschlitten) aUfgebaut. Das Hauptgewicht der Arbeit liegt auf der Betrachtung zeit diskreter Zustandsregler (strukturoptimale Regler). Die theo retischen Ergebnisse machen deutlich, daß besonders bei An trieben mit - Totzeitverhalten oder - elastischem übertragungssystem diese Regelstrategie einer konventionellen Lösung überlegen ist. Im Zusammenhang mit der praktischen Anwendung von Zustands reglern steht die Erfassung von nicht direkt oder nur schwer meßbaren Zustands- und Störgrößen durch Beobachter. So werden Zustands- und Störgrößenbeobachter für verschiedene Grund formen des Zeitverhaltens von Vorschubantrieben hergeleitet. Eine wichtige Rolle beim Beobachtereinsatz spielt die Frage der Empfindlichkeit des Algorithmus. Die Diskussion dieser Frage am Beispiel eines Beobachters zur Rekonstruktion der Motorbeschleunigung deutet auf eine geringe Empfindlichkeit 110 bezüglich Parameterschwankungen und Störungen des Meßsignals hin.

Klappentext

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Untersuchung di­ gitaler Lageregelsysteme an Ne-Maschinen. Es wird gezeigt, wie die Kaskadenstruktur - Lageregelkreis mit unterlagertem Geschwindigkeitsregelkreis -, die zum gro-· Ben Teil heute noch in Analogtechnik ausgeführt ist, in eine digitale Lösung mit einem Rechner umgesetzt werden kann. Da­ zu wird sowohl auf gerätetechnische Gesichtspunkte beim Auf­ bau derartiger Regelkreise, als auch auf die Reglergleichungen eingegangen. Für die Lage- und Geschwindigkeitsregelalgorith­ men (parameteroptimierte Regler) werden optimale Einstellwer­ te abgeleitet. Außerdem wird auf die Auswirkungen der Quan­ tisierungsungenauigkeiten bei der Ableitung des Geschwindig­ keitswertes aus dem Signal des Lagemeßsystems auf das Ver­ halten des Geschwindigkeitsregelkreises hingewiesen. Zur Er­ gänzung und überprüfung der theoretischen überlegungen wurden die Regelkreise mit einem Mikrorechner an einem Versuchsstand (Werkzeugmaschinenschlitten) aUfgebaut. Das Hauptgewicht der Arbeit liegt auf der Betrachtung zeit­ diskreter Zustandsregler (strukturoptimale Regler). Die theo­ retischen Ergebnisse machen deutlich, daß besonders bei An­ trieben mit - Totzeitverhalten oder - elastischem übertragungssystem diese Regelstrategie einer konventionellen Lösung überlegen ist. Im Zusammenhang mit der praktischen Anwendung von Zustands­ reglern steht die Erfassung von nicht direkt oder nur schwer meßbaren Zustands- und Störgrößen durch Beobachter. So werden Zustands- und Störgrößenbeobachter für verschiedene Grund­ formen des Zeitverhaltens von Vorschubantrieben hergeleitet. Eine wichtige Rolle beim Beobachtereinsatz spielt die Frage der Empfindlichkeit des Algorithmus. Die Diskussion dieser Frage am Beispiel eines Beobachters zur Rekonstruktion der Motorbeschleunigung deutet auf eine geringe Empfindlichkeit 110 bezüglich Parameterschwankungen und Störungen des Meßsignals hin.

Inhalt
1 Einführung und Aufgabenstellung.- 2 Der Aufbau digitaler Regelsysteme zur Lageeinstellung an NC-Maschinen.- 2.1 Stand der Technik.- 2.2 Digitalisierung der Signal Verarbeitung des Vorschubantriebs.- 3 Das Zeitverhalten der Regelstrecken von Lageregelkreisen an NC-Maschinen.- 4 Zeitdiskrete Regelungen.- 4.1 Allgemeine Gesichtspunkte.- 4.2 Parameteroptimierte zeitdiskrete Regler für Lage- und Geschwindigkeitsregelungen.- 4.3 Zeitdiskrete Zustandsregler für Lage-regelungen.- 5 Beobachter.- 5.1 Allgemeine Gesichtspunkte.- 5.2 Zustandsbeobachter.- 5.3 Zustands- und Störgrößenbeobachter.- 5.4 Zusammenfassung.- 6 Die Wahl der Abtastzeit.- 7 Ausgeführte Regelungen.- 7.1 Lageregelung eines Werkzeugmaschinen-schlittens.- 7.2 Lageregelung an einem Industrieroboter.- 8 Zusammenfassung.