Parametrierung von Servoverstärkern

Schwingungen automatisch kompensieren

Einige Positionierssysteme stellen konstruktionsbedingt die etablierten Regelkonzepte vor Herausforderungen. Auftretende mechanische Schwingungen beeinflussen die Dynamik und Genauigkeit in Positionierapplikationen negativ. Durch die Ergänzung von Funktionsbausteinen im Servoverstärker können die Schwingungen kompensiert werden.


Zum Unternehmen

JAT (Jenaer Antriebstechnik) entwickelt, produziert und vertreibt Antriebsprodukte und kundenspezifische Antriebslösungen für unterschiedliche Branchen wie die Halbleiterindustrie, Verpackungsindustrie, Druckindustrie, Medizintechnik und Textilindustrie. Das Produktspektrum umfasst sowohl kleine hochleistungsfähige Servomotoren für Anlagen zum Kleinteile-Handling als auch komplexe mechatronische Systeme, die z.B. in der Röntgeninspektion Anwendung finden.

Kompensation der Wechselwirkungen von Mechanik und Regelung
Bild: JAT-Jenaer Antriebstechnik GmbH

Ein Positioniersystem besteht üblicherweise aus einem antreibenden Motor und einer bewegten Last. Diese ist je nach Anwendungsfall mehr oder weniger starr an den Motor gekoppelt. Soll nun die bewegte Last schnell und zuverlässig eine Zielposition einnehmen, wird dies üblicherweise durch die Regelung der Motorgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Lageregelung realisiert. Durch elastische Ankopplung der Last können Schwingungen auftreten, die nachteilig auf die Geschwindigkeitsregelung wirken. Dadurch wird das gesamte Positioniersystem in seiner Dynamik begrenzt.

Abschwächung durch Filterwirkung

Aus Theorie und Praxis ist bekannt, dass Schwingungen durch geeignete Wahl und Auslegung einer entsprechenden Filterstruktur abgeschwächt oder gänzlich eliminiert werden können. Beispiele hierfür sind Tiefpässe zur Dämpfung hochfrequenter Frequenzanteile oder Bandsperren zur Kompensation von Resonanzfrequenzen. Im Positioniersystem selbst treten jedoch eine Vielzahl von verschiedenartigen Schwingungen auf, die nicht durch den Einsatz eines einzigen Filtertyps an einer Stelle kompensiert werden können. Nötig sind Filter an verschieden Positionen.

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Universelle Kompensationsstufen

Das Unternehmen Jenaer Antriebstechnik (JAT) bietet aus diesem Grund zur Schwingungskompensation die Möglichkeit, den Antrieb auf die Eliminierung der auftretenden Schwingungen auszulegen. Das geschieht durch die Kombination der gebräuchlichsten Filtertypen in universellen Kompensationsstufen. Hierbei sind keine zusätzliche Hardware oder Mechanikbestandteile nötig, da die Kompensatoren als Sofwareerweiterung realisiert sind. Kernstück der Erweiterung ist die Beeinflussung des eingeprägten Antriebsmoments, so dass dieses automatisch den bekannten Resonanzstellen entgegenwirkt. Die Parametrierung ist leicht durch Vorgabe der ermittelten Störfrequenzen oder durch Kenngrößen der Antriebseinheit wie Motorträgheitsmoment, Lastmasse oder Kopplungsmaterial vorzunehmen. Die aufwendige Kombination einzelner Filtertypen wird direkt im JAT-Servoverstärker realisiert. Der Benutzer kann dadurch sofort die spezifischen Eigenschaften seiner Achsmechanik berücksichtigen, ohne die genaue Auswirkung einer beispielsweise größeren Lastmasse auf das Resonanzverhalten des Antriebes zu analysieren.

Verbesserung des Systemverhaltens

Durch Einsatz der Schwingungskompensation wird die Regelgüte des Positioniervorgangs verbessert. Eine Eliminierung der Schwingung, lässt eine Erhöhung der Reglerverstärkungen zu. Damit können schnellere Anregelzeiten bei geringerem Überschwingen erreicht werden. So würde sich beispielsweise während einer Bahnfahrt der Schleppfehler um den Faktor verringern, um den die Lagereglerverstärkung erhöht werden konnte. Gerade bei hochdynamischen Vorgängen kann eine richtig ausgelegte Kompensationsstufe so zum Erreichen sonst nicht einzuhaltender Gütewerte führen.

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Funktionen im Baukastenprinzip

Die Schwingungskompensation sowie andere von Jenaer Antriebstechnik entwickelte Technologiefunktionen werden als Softwarebausteine für den Anwender erhältlich sein. Durch das Hinzufügen von Funktionsbausteinen im Servoverstärker können bestehende Antriebssysteme leicht und schnell an veränderte Applikationsbedingungen angepasst werden.

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