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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR OPERATING A DRIVE TRAIN AND DRIVE TRAIN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/114626
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a drive train and a drive train, wherein the drive train comprises an electric motor and a load driven by the electric motor or driven by a transmission driven by the electric motor, wherein a sensor for detecting the angular position of a rotor of the electric motor is provided, in particular arranged on the electric motor, wherein the electric motor is provided with a motor voltage by means of the converter, in particular by means of a motor control means of the converter, in order to achieve a torque target value M_Soll, wherein, in particular in a recurring manner, an angular velocity actual value ω_ist and an angular acceleration actual value α_ist is determined from the values of the angular position of the rotor detected by the sensor, wherein the torque target value M_Soll is determined from an inertia moment J_ges and an angular acceleration target value α_Soll, which is determined as a control variable of a rotational speed control element, to which the difference, in particular the control deviation, between the angular velocity actual value ω_ist and the angular velocity target value ω_Soll is supplied, wherein the inertia moment J_ges is determined as the sum of the inertia moment J_Mot of the drive train without load and the inertia moment J_Last of the load, wherein the inertia moment J_Last of the load is determined from a torque actual value M_ist and the angular acceleration actual value α_ist, in particular in consideration of the inertia moment J_Mot.

Inventors:
SCHUSTER THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/025422
Publication Date:
June 11, 2020
Filing Date:
November 28, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SEW EURODRIVE GMBH & CO (DE)
International Classes:
H02P29/50; H02P21/00; H02P21/14; H02P23/00; H02P23/14; H02P23/16; G01M13/025
Foreign References:
EP2690777A22014-01-29
JP3479922B22003-12-15
DE102007028914A12007-12-27
DE69120486T21996-10-31
Other References:
JOONAS SAINIO: "Backlash compensation in electric vehicle powertrain", MASTER'S THESIS ESPOO, 18 April 2016 (2016-04-18), XP055299894, Retrieved from the Internet [retrieved on 20160905]
Attorney, Agent or Firm:
SEW-EURODRIVE GMBH & CO. KG (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges, wobei der Antriebsstrang einen Elektromotor und eine vom Elektromotor angetriebene oder von einem vom Elektromotor angetriebenen Getriebe angetriebene Last aufweist, wobei ein Sensor zur Erfassung der Winkellage eines Rotors des Elektromotors vorgesehen ist, insbesondere am Elektromotor angeordnet ist, wobei mittels des Umrichters, insbesondere mittels eines Motorführungsmittels des Umrichters, dem Elektromotor zum Erreichen eines Drehmomentsollwerts M_Soll eine Motorspannung zur Verfügung gestellt wird, wobei, insbesondere zeitlich wiederkehrend, aus den mittels des Sensors erfassten Werten der Winkellage des Rotors ein Winkelgeschwindigkeitsistwert oojst und ein

Winkelbeschleunigungsistwert a_ist bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsollwert M_Soll aus einem Trägheitsmoment J_ges und einem

Winkelbeschleunigungssollwert a_Soll bestimmt wird, welcher als Stellgröße von einem Drehzahlreglerglied bestimmt wird, dem die Differenz, insbesondere Regelabweichung, zwischen dem Winkelgeschwindigkeitsistwert oojst und dem Winkelgeschwindigkeitssollwert oo_Soll zugeführt wird, wobei das Trägheitsmoment J_ges als Summe aus dem Trägheitsmoment J_Mot des

Antriebsstrangs ohne Last und aus dem Trägheitsmoment J_Last der Last bestimmt wird, wobei das Trägheitsmoment J_Last der Last aus einem Drehmomentistwert MJst und aus dem Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments J_Mot. 2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Drehmomentistwert MJst aus dem mittels eines Stromsensors erfassten Motorstrom und aus den erfassten Werten der Winkellage x des Rotors bestimmt wird, oder dass der Drehmomentistwert MJst aus dem mittels eines Stromsensors erfassten Motorstrom und aus der erfassten Motorspannung U und/oder aus den erfassten Werten der Winkellage x des Rotors bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Trägheitsmoment J_Mot des Antriebsstrangs ohne Last als Parameter vorgegeben ist.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Drehmomentsollwert M_Soll als Produkt des Trägheitsmoments J_ges mit dem

Winkelbeschleunigungssollwert a_Soll gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment J_Mot verminderter Quotient aus dem Drehmomentistwert MJst und dem Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Drehzahlreglerglied als PI-Regler ausgeführt ist, wobei es ein Proportionalglied und ein zum Proportionalglied parallel geschaltetes Integrierglied aufweist, wobei die Proportionalitätskonstante des Proportionalglieds eine Funktion des

Trägheitsmoments J_Mot und des Gesamtträgheitsmoments J_ges ist, wobei die Zeitkonstante des Integrierglieds eine Funktion des Trägheitsmoments J_Last und des Gesamtträgheitsmoments J_ges ist. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Drehzahlreglerglied als PI-Regler ausgeführt ist, wobei es ein Proportionalglied und ein zum Proportionalglied parallel geschaltetes Integrierglied aufweist, wobei die Proportionalitätskonstante des Proportionalglieds eine Funktion des

Trägheitsmoments J_Last und des Gesamtträgheitsmoments J_ges ist, wobei die Zeitkonstante des Integrierglieds eine Funktion des Trägheitsmoments J_Mot und des Gesamtträgheitsmoments J_ges ist. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Drehzahlreglerglied als PI-Regler ausgeführt ist, wobei es ein Proportionalglied und ein zum Proportionalglied parallel geschaltetes Integrierglied aufweist, wobei die Proportionalitätskonstante des Proportionalglieds eine Funktion des Produkts aus Trägheitsmoment J_Mot und Trägheitsmoment J_Last der Last ist, und/oder wobei die Zeitkonstante des Integrierglieds eine Funktion des Produkts aus Trägheitsmoment J_Mot und Trägheitsmoment J_Last der Last ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

zu einem ersten Zeitpunkt das Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment J_Mot verminderter erster Quotient aus dem Drehmomentistwert MJst und dem

Winkelbeschleunigungsistwert a_ist bestimmt wird, wobei der Winkelbeschleunigungsistwert ajst in einem ersten Wertebereich liegt, wobei nach dem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt das Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment J_Mot verminderter zweiter Quotient aus dem

Drehmomentistwert MJst und dem Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt wird, wobei der Winkelbeschleunigungsistwert ajst in einem zweiten Wertebereich liegt, wobei ein aktualisiertes Trägheitsmoment J_Last bestimmt wird, indem auf den zuvor bestimmten Wert des Trägheitsmoments J_Last die Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Quotienten aufaddiert wird.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Bereich ein Wertebereich der Winkelbeschleunigung und der zweite Bereich ein anderer Wertebereich der Winkelbeschleunigung ist, wobei die beiden Wertebereiche einander nicht überlappen, sondern voneinander

beabstandet sind.

1 1. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die jeweils bestimmten Werte, insbesondere des Trägheitsmoments J_Last der Last, gefiltert werden, insbesondere tiefpassgefiltert. 12. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges, wobei der Antriebsstrang einen Elektromotor und eine vom Elektromotor angetriebene oder von einem vom Elektromotor angetriebenen Getriebe angetriebene, zeitlich veränderliche Last aufweist, wobei ein Sensor zur Erfassung der Winkellage eines Rotors des Elektromotors vorgesehen ist, insbesondere am Elektromotor angeordnet ist, wobei das Trägheitsmoment J_Mot des Antriebsstrangs ohne Last zeitlich konstant ist und als Parameter vorgegeben ist, wobei mittels des Umrichters, insbesondere mittels eines Motorführungsmittels des Umrichters, dem Elektromotor zum Erreichen eines Drehmomentsollwerts M_Soll eine Motorspannung zur Verfügung gestellt wird, wobei, insbesondere zeitlich wiederkehrend, aus den mittels des Sensors erfassten Werten der Winkellage des Rotors ein Winkelgeschwindigkeitsistwert oojst und ein

Winkelbeschleunigungsistwert a_ist bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsollwert M_Soll aus einem Trägheitsmoment J_ges und einem

Winkelbeschleunigungssollwert a_Soll bestimmt wird, welcher als Stellgröße von einem Drehzahlreglerglied bestimmt wird, dem die Differenz, insbesondere Regelabweichung, zwischen dem Winkelgeschwindigkeitsistwert oojst und dem Winkelgeschwindigkeitssollwert oo_Soll zugeführt wird, wobei das Trägheitsmoment J_ges als Summe aus dem Trägheitsmoment J_Mot des

Antriebsstrangs ohne Last und aus dem Trägheitsmoment J_Last der Last bestimmt wird, wobei das Trägheitsmoment J_Last der Last aus einem Drehmomentistwert MJst und aus dem Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments J_Mot wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Wert des Trägheitsmoments J_Last bestimmt wird, indem der Drehmomentistwert MJst bestimmt wird, wobei das Trägheitsmoment J_Mot des Antriebsstrangs ohne Last als Parameter vorgegeben ist, wobei das Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment J_Mot verminderter Quotient aus dem Drehmomentistwert M_ist und dem

Winkelbeschleunigungsistwert a_ist bestimmt wird, wobei in einem zweiten, zeitlich nach dem ersten Verfahrensschritt durchgeführten Verfahrensschritt der aktualisierte Wert des Trägheitsmoments J_Last bestimmt wird, indem zu einem ersten Zeitpunkt das Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment J_Mot verminderter erster Quotient aus dem

Drehmomentistwert MJst und dem Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt wird, wobei der Winkelbeschleunigungsistwert ajst in einem ersten Wertebereich liegt, und indem nach dem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt das

Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment J_Mot

verminderter zweiter Quotient aus dem Drehmomentistwert MJst und dem

Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt wird, wobei der

Winkelbeschleunigungsistwert ajst in einem zweiten Wertebereich liegt, wobei ein aktualisiertes Trägheitsmoment J_Last bestimmt wird, indem auf den zuvor bestimmten Wert des Trägheitsmoments J_Last die Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Quotienten aufaddiert wird.

13. Antriebsstrang, eingerichtet ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.

Description:
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges und Antriebsstrang

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges und Antriebsstrang.

Es ist bei umrichtergespeisten Elektromotoren allgemein bekannt, dass die Signalelektronik den Istwert des Drehmoments aus dem erfassten Motorstrom, aus der Motorspannung und/oder aus dem Verlauf der erfassten Winkellage eines Elektromotors zu bestimmen.

Ebenso ist bei Umrichtern allgemein bekannt einem Elektromotor eine derartige

Motorspannung zur Verfügung zu stellen, dass dieser zu einem Drehmomentsollwert hingeregelt wird.

Aus der DE 10 2007 028 914 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine

Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Geschwindigkeit eines elektrischen Motors bekannt.

Aus der DE 691 20 486 T2 ist ein Verfahren zur Berechnung des Trägheitsmoments bei einem Motorgeschwindigkeitsregler bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst hohe Regelgüte beim Regeln eines Elektromotors zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem Antriebsstrang nach den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges sind, dass der Antriebsstrang einen Elektromotor und eine vom Elektromotor angetriebene oder von einem vom Elektromotor angetriebenen Getriebe angetriebene Last aufweist, wobei ein Sensor zur Erfassung der Winkellage eines Rotors des Elektromotors vorgesehen ist, insbesondere am Elektromotor angeordnet ist, wobei mittels des Umrichters, insbesondere mittels eines Motorführungsmittels des Umrichters, dem Elektromotor zum Erreichen eines Drehmomentsollwerts M_Soll eine Motorspannung zur Verfügung gestellt wird, wobei, insbesondere zeitlich wiederkehrend, aus den mittels des Sensors erfassten Werten der Winkellage des Rotors ein Winkelgeschwindigkeitsistwert oojst und ein

Winkelbeschleunigungsistwert a_ist bestimmt wird, wobei der Drehmomentsollwert M_Soll aus einem Trägheitsmoment J_ges und einem

Winkelbeschleunigungssollwert a_Soll bestimmt wird, welcher als Stellgröße von einem Drehzahlreglerglied bestimmt wird, dem die Differenz, insbesondere Regelabweichung, zwischen dem Winkelgeschwindigkeitsistwert oojst und dem Winkelgeschwindigkeitssollwert oo_Soll zugeführt wird, wobei das Trägheitsmoment J_ges als Summe aus dem Trägheitsmoment J_Mot des

Antriebsstrangs ohne Last und aus dem Trägheitsmoment J_Last der Last bestimmt wird, wobei das Trägheitsmoment J_Last der Last aus einem Drehmomentistwert MJst und aus dem Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments J_Mot.

Von Vorteil ist dabei, dass ein Regeln der Drehzahl und des Drehmoments der Last mit hoher Regelgüte ausführbar ist. Denn das Trägheitsmoment J_ges ist aus dem Quotienten des Drehmomentistwertes und des Winkelbeschleunigungsistwertes bestimmbar. Die Bestimmung des Drehmomentistwerts ist nach Stand der Technik aus dem Motorstrom und vorzugsweise einer weiteren Größe, wie Motorspannung und/oder Winkellage des Rotors des Elektromotors bestimmbar. Somit ist also der wirkliche Wert des Trägheitsmoments aktuell bestimmbar und für die Motorregelung, insbesondere also Drehzahlregelung, verwendbar. Die Motorführung ist ebenfalls nach Stand der Technik ausführbar, wobei der dort verwendete Parameter für das Trägheitsmoment erfindungsgemäß bestimmt wird. Somit ist bei Änderung des

Antriebsstrangs, wie beispielsweise Veränderung des Trägheitsmoments der Last, das

Trägheitsmoment bestimmbar und somit die Regelung mit einem jeweils aktuellen Wert des Trägheitsmoments ausführbar. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Drehmomentistwert MJst aus dem mittels eines Stromsensors erfassten Motorstrom und aus den erfassten Werten der Winkellage x des Rotors bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass ein nach Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentistwertes MJst anwendbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Drehmomentistwert MJst aus dem mittels eines Stromsensors erfassten Motorstrom und aus der erfassten Motorspannung U und/oder aus den erfassten Werten der Winkellage x des Rotors bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass ein nach Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentistwertes MJst anwendbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Trägheitsmoment J_Mot des Antriebsstrangs ohne Last als Parameter vorgegeben. Von Vorteil ist dabei, dass bei Herstellung des Motors das Trägheitsmoment des Rotors des Motors hochgenau bestimmbar ist und somit JJVIot hochpräzise bekannt gemacht ist. Nur das lastseitige oder sonstige Trägheitsmoment ist also zu bestimmen, um einen sicheren Wert für das Trägheitsmoment zu erhalten.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Drehmomentsollwert M_Soll als Produkt des Trägheitsmoments J_ges mit dem Winkelbeschleunigungssollwert a_Soll gebildet. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Bestimmung des Drehmoments ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment J_Mot verminderter Quotient aus dem Drehmomentistwert MJst und dem Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass ein aktuell vorhandener Wert des Trägheitsmoments der Last bestimmbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zu einem ersten Zeitpunkt das Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment J_Mot verminderter erster Quotient aus dem Drehmomentistwert MJst und dem Winkelbeschleunigungsistwert ajst bestimmt, wobei der Winkelbeschleunigungsistwert ajst in einem ersten Wertebereich liegt, wobei nach dem ersten Zeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt das Trägheitsmoment J_Last der Last als um das Trägheitsmoment JJVIot verminderter zweiter Quotient aus dem Drehmomentistwert MJst und dem Winkelbeschleunigungsistwert a_ist bestimmt wird, wobei der Winkelbeschleunigungsistwert a_ist in einem zweiten Wertebereich liegt, wobei ein aktualisiertes Trägheitsmoment J_Last bestimmt wird, indem auf den zuvor bestimmten Wert des Trägheitsmoments J_Last die Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Quotienten aufaddiert wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein Nachführen, also

Aktualisieren des Trägheitsmoments ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Bereich ein Wertebereich der

Winkelbeschleunigung und der zweite Bereich ein anderer Wertebereich der

Winkelbeschleunigung, wobei die beiden Wertebereiche einander nicht überlappen, sondern voneinander

beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass bei genügend großem Abstand der

Wertebereiche voneinander ein möglichst gutes Signal-Rausch-Verhältnis erreichbar ist und somit eine verlässliche Bestimmung des Wertes des Trägheitsmoments erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die jeweils bestimmten Werte, insbesondere des Trägheitsmoments J_Last der Last, gefiltert, insbesondere tiefpassgefiltert. Von Vorteil ist dabei, dass das Messrauschen reduzierbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Drehzahlreglerglied als PI-Regler ausgeführt, wobei es ein Proportionalglied und ein zum Proportionalglied parallel geschaltetes Integrierglied aufweist, wobei die Proportionalitätskonstante des Proportionalglieds eine Funktion des

Trägheitsmoments J_Mot und des Gesamtträgheitsmoments J_ges ist, wobei die Zeitkonstante des Integrierglieds eine Funktion des Trägheitsmoments J_Last und des Gesamtträgheitsmoments J_ges ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Funktion so wählbar ist, dass ein Antriebsstrang mit Lose, insbesondere also mit einer

spielbehafteten Verbindung, mit demselben Regelverhalten, insbesondere mit derselben Zeitkonstanten und mit derselben Einschwingcharakteristisch, betreibbar ist wie derselbe Antriebsstrang ohne die Lose, insbesondere also mit spielfreier Verbindung statt der spiel behafteten Verbindung. Außerdem reagiert das P-Glied entsprechend dem mit dem Rotor des Elektromotors spielfrei verbundenen Teils des Antriebsstrangs, so dass innerhalb der Lose entsprechend gutes Regelverhalten erreichbar ist.

Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist das Drehzahlreglerglied als PI- Regler ausgeführt, wobei es ein Proportionalglied und ein zum Proportionalglied parallel geschaltetes Integrierglied aufweist, wobei die Proportionalitätskonstante des Proportionalglieds eine Funktion des

Trägheitsmoments J_Last und des Gesamtträgheitsmoments J_ges ist, wobei die Zeitkonstante des Integrierglieds eine Funktion des Trägheitsmoments J_Mot und des Gesamtträgheitsmoments J_ges ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Funktion so wählbar ist, dass ein Antriebsstrang mit Lose, insbesondere also mit einer

spielbehafteten Verbindung, mit ähnlichem Regelverhalten betreibbar ist wie derselbe Antriebsstrang ohne die Lose, insbesondere also mit spielfreier Verbindung statt der spielbehafteten Verbindung. Außerdem wird auch schon innerhalb der Lose ein

Regelverhalten aktiviert, das im Wesentlichen auf das Lastträgheitsmoment abgestimmt ist, so dass der Übergang vom Bereich der Lose zum Bereich außerhalb der Lose ruckarm ausgeführt wird. Aber auch außerhalb der Lose ist infolge der kleinen

Zeitkonstanten ein ruckarmes, stark geglättetes Verhalten ausführbar.

Bei einer weiter alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist das Drehzahlreglerglied als PI-Regler ausgeführt, wobei es ein Proportionalglied und ein zum Proportionalglied parallel geschaltetes Integrierglied aufweist, wobei die Proportionalitätskonstante des Proportionalglieds eine Funktion des Produkts aus Trägheitsmoment J_Mot und Trägheitsmoment J_Last der Last ist, und/oder wobei die Zeitkonstante des Integrierglieds eine Funktion des Produkts aus Trägheitsmoment J_Mot und Trägheitsmoment J_Last der Last ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein optimiertes Ausregeln der Lose erreichbar ist, da Trägheitsmoment J_Mot und Trägheitsmoment J_Last der Last separat bestimmt sind und miteinander multipliziert verwendet werden. Wichtige Merkmale bei dem Antriebsstrang sind, dass er eingerichtet ist, ein vorgenanntes Verfahren auszuführen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Regelung der Drehung der Last mit hoher Regelgüte ausführbar ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist ein Mittel 1 zur Bestimmung des Drehmomentistwertes MJst schematisch dargestellt, welches aus dem Motorstrom I und der Winkelposition x einen Istwert MJst für Drehmoment MJst bestimmt.

In der Figur 2 ist ein alternatives ein Mittel 20 zur Bestimmung des Drehmomentistwertes MJst schematisch dargestellt, welches aus dem Motorstrom I und der Motorspannung U einen Istwert MJst für Drehmoment bestimmt.

In der Figur 3 ist erfindungsgemäß ein Drehzahlreglerglied 30 gezeigt, aus dessen Stellwert a_Soll, insbesondere also aus einem Sollwert a_Soll für Winkelbeschleunigung, unter

Verwendung des Drehmomentistwertes MJst ein Drehmomentsollwert M_Soll bestimmt wird, der einer Motorführung vorgegeben wird, welche einem Elektromotor 33 eine Motorspannung U zur Verfügung stellt.

In der Figur 4 ist ein beispielhafter Drehzahlregler zur Bestimmung des

Drehmomentsollwerts M_Soll dargestellt, wobei ein Proportionalglied die

Proportionalitätskonstante Kp1 aufweist und ein Integrierglied den charakteristischen Parameter Tn1 und wobei die Werte kpl und Tn1 derart gewählt sind, dass ein

gewünschtes Verhalten, wie Zeitkonstante und Einschwingcharakteristik, für einen spielfreien Antriebsstrang mit einem konstanten Gesamtträgheitsmoment vorliegt.

In der Figur 5 ist im Unterschied zur Figur 4 der Antriebsstrang mit Spiel, also Lose, behaftet und die Proportionalitätskonstante Kp2 des Proportionalglieds der

charakteristische Parameter Tn2 des Integrierglieds derart gewählt sind, dass ein möglichst ähnliches Verhalten wie bei Figur 4 vorliegt.

Wie in den Figuren dargestellt, wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur

Motorregelung einem Elektromotor 33, der vorzugsweise als Drehstrommotor ausgeführt ist, von einem Wechselrichter eine Motorspannung U bereitgestellt, insbesondere eine

Drehspannung. Mittels eines Sensors wird die Winkellage einer Rotorwelle des Elektromotors 33 erfasst und als Istwert xjst einem Drehzahlregler zugeführt, welcher aus der Regelabweichung des Istwertes xjst zu einem insbesondere als Parameter vorgegebenen Sollwert x_Soll einen Wert einer Stellgröße bestimmt.

Wie in Figur 1 dargestellt, ist die Stellgröße vorzugsweise als Sollwert a_Soll für

Winkelbeschleunigung vorgesehen.

Diese Stellgröße wird dem Mittel 31 zur Bestimmung des Drehmomentsollwertes M_Soll zugeführt, welches unter Berücksichtigung des Drehmomentistwertes MJst den

Drehmomentsollwert M_Soll bestimmt.

Dieser wird dem Motorführungsmittel 32 als Sollwert zugeführt, wobei das Motorführungsmittel 32 abhängig von diesem Sollwert dem Elektromotor 33 eine Motorspannung U zur Verfügung stellt.

Die Winkellage, also Winkelposition x, des Rotors des Elektromotors 33 wird von einem Sensor erfasst, daraus der Drehzahlistwert oojst bestimmt und die Differenz zwischen dem Drehzahlsollwert ooJBoll und dem Drehzahlistwert oojst als Regelabweichung dem

Drehzahlreglerglied 30 zugeführt, das vorzugsweise als linearer Regler, wie PI-Regler oder PID-Regler, ausgeführt ist.

Zur Bestimmung des Drehmomentsollwertes M_Soll wird im Mittel 31 zunächst das

Trägheitsmoment J_Last der vom Elektromotor 33 angetriebenen Last bestimmt gemäß

J_Last = MJst / (doojst / dt) - J_mot

Dabei ist J_mot das als Parameter des Elektromotors bekannte Trägheitsmoment des Rotors des Elektromotors 33 und doojst / dt die zeitliche Ableitung der aus den erfassten

Winkelwerten bestimmten Winkelgeschwindigkeit. Außerdem ist der Drehmomentistwert MJst vom Mittel 1 zur Bestimmung des Drehmomentistwertes oder vom Mittel 20 zur Bestimmung des Drehmomentistwertes bestimmt. Aus dem bestimmten Trägheitsmoment J_Last und dem als Parameter vorhandenen

Trägheitsmoment J_Mot ist das gesamte Trägheitsmoment J_ges, also die

Gesamtmassenträgheit; durch Summation J_ges = J_Mot + J_Last bestimmbar.

Dies wird zur Bestimmung des Drehmomentsollwertes M_Soll verwendet gemäß

M_Soll = J_ges * a_Soll

Somit ist durch einfache Multiplikation des gesamten Trägheitsmoments J_ges mit der Stellgröße a_Soll des Drehzahlreglerglieds 30 der Drehmomentsollwert M_Soll bestimmt.

Erfindungsgemäß steht somit der Regelung immer die korrekte Lastmassenträgheit zur Verfügung, weil sie während des Betriebs nachführbar ist

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, wenn neben dem Drehmoment zum Beschleunigen des Antriebs ein zusätzliches Drehmoment, wie beispielsweise Lastmoment, also ein von der Last in den Antriebsstrang eingebrachtes Drehmoment, oder ein Reibmoment, auftritt, werden zur Bestimmung der Änderung AJ_Last des Trägheitsmoments zwei Bereiche mit

unterschiedlichen Beschleunigungen herangezogen gemäß:

AJ_Last = M_ist_1 / (doojst / dt) - M_ist_2 / (doo_ist_2 / dt) wobei doo_ist_1 / dt die zeitliche Ableitung der Winkelgeschwindigkeit, also die

Winkelbeschleunigung, ist, welche im ersten Bereich liegt, wobei M_ist_1 der zugehörige Drehmomentistwert ist, wobei doo_ist_2 / dt die zeitliche Ableitung der Winkelgeschwindigkeit, also die

Winkelbeschleunigung, ist, welche im zweiten Bereich liegt, wobei M_ist_2 der zugehörige Drehmomentistwert ist.

Das Trägheitsmoment J_Mot des Rotors des Elektromotors ist dabei konstant, so dass die Änderung AJ_ges des gesamten Trägheitsmoments J_ges der Änderung AJ_Last des Trägheitsmoments J_Last der Last entspricht. Dabei ist der erste Bereich ein Wertebereich der Winkelbeschleunigung und der zweite Bereich ist ein anderer Wertebereich der Winkelbeschleunigung, wobei die beiden

Wertebereiche nicht miteinander überlappen und voneinander beabstandet sind.

Die Bestimmung des Drehmomentistwertes M_ist_1 und der Winkelbeschleunigung doo_ist_1 / dt aus dem ersten Bereich erfolgt zeitlich beabstandet zur Bestimmung des

Drehmomentistwertes M_ist_2 und der Winkelbeschleunigung doo_ist_2 / dt aus dem zweiten Bereich.

Somit ist das Trägheitsmoment J_Last der Veränderung nachführbar.

Beispielsweise beschleunigt der Antrieb eine Last in einem ersten Zeitabschnitt, wobei ein erster Beschleunigungswert auftritt. In einem nachfolgenden Zeitabschnitt wird die Drehzahl des Motors konstant gehalten und in einem darauffolgenden dritten Zeitabschnitt wird die Last abgebremst, so dass also ein zweiter Beschleunigungswert auftritt. Der zweite

Beschleunigungswert darf betragsgleich zum ersten Beschleunigungswert sein.

Somit ist aus einem solchen Fahrvorgang die Bestimmung des Trägheitsmoments J_Last der Last ausführbar, wobei der Einfluss von Reibung eliminiert ist.

Auf diese Weise ist also im laufenden Betrieb der den Antrieb umfassenden Anlage das Trägheitsmoment bestimmbar, insbesondere nachführbar. Immer wenn die Beschleunigung im ersten Bereich oder im zweiten Bereich liegt, ist der jeweilige Quotient aus dem zugehörigen Drehmomentistwert und der Winkelbeschleunigung aktualisierbar.

Auch wenn sich also die Lastmassenträgheit während des Betriebs ändert, ist das

Trägheitsmoment J_Last und somit das gesamte Trägheitsmoment des die Last und den Rotor umfassenden Antriebsstrangs aktualisierend bestimmbar.

Dabei wird unter Antriebsstrang der vom Umrichter gespeiste Elektromotor 33 zusammen mit der vom Elektromotor 33 gegebenenfalls über ein Getriebe angetriebene Last verstanden. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der Werteverlauf des Lastträgheitsmoments noch geeignet gefiltert um durch ein Rauschen der Messgrößen verursachtes Rauschen zu reduzieren.

Wie in Figur 4 gezeigt, sind die Werte Kp1 und Tn1 derart gewählt, dass das gewünschte Verhalten auftritt, wenn der Antriebsstrang keine Lose, also auch kein Spiel, aufweist. Das vom Elektromotor anzutreibende Trägheitsmoment beträgt hierbei J_ges.

Wie in Figur 5 gezeigt, sind andere Werte verwendbar, die bei einem Antriebsstrang mit Lose, also mit Spiel, dasselbe Verhalten wie bei der Ausführung nach Figur 4 bewirken.

Als Wert der Proportionalitätskonstante des Proportionalglieds wird hier Kp2 verwendet und als Zeitkonstante des Integrierglieds wird Tn2 verwendet.

Insbesondere wird ein stabiles Regelverhalten erreichbar, wenn

Kp2 = Kp1 * J_Mot / (J_Mot + J_Last)

Tn2 = Tn1 * (J_Mot + J_Last) / J_Mot

Gilt.

Dabei gleicht das Gesamtträgheitsmoment J_ges der Summe aus J_Mot und J_Last, wobei hier das Trägheitsmoment J_Mot denjenigen drehbar gelagerten Teil des Antriebsstrangs betrifft, welcher den Rotor des Elektromotors des Antriebsstrangs bis zu der spielbehafteten Verbindung, insbesondere bis zu der Lose, des Antriebsstrangs beschreibt und J_Last den restlichen Teil des Antriebsstrangs.

Erfindungsgemäß wird J_Last bestimmt und somit ein Anpassen der Werte ermöglicht.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden Werte verwendet gemäß

Kp2 = Kp1 * f (J_Mot , J_ges)

Tn2 = Tn1 * g (J_Last, J_ges) wobei f und g Funktionen sind.

Somit ist die separate Bestimmung von J_Last und J_Mot notwendig. Hierzu ist in einem ersten Verfahrensschritt J_Mot bestimmbar, indem bei nicht vorhandener beziehungsweise nicht an die Rotorwelle des Elektromotors des Antriebsstrangs angekoppelter Last J_Mot bestimmt wird gemäß M_ist_1 / (doo_ist_1 / dt). In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann das Lastträgheitsmoment J_Last bestimmt gemäß

M_ist_1 / (doojstj / dt) - M_ist_2 / (doojstj / dt)

Spätere Änderungen des Lastträgheitsmoments J_Last sind dann in weiteren

Verfahrensschritten entsprechend bestimmbar, also der Wert des Lastträgheitsmoments J_Last nachführbar.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden Werte verwendet gemäß

Kp2 = Kp1 * f (J_Last, J_ges)

Tn2 = Tn1 * g (J_Mot, J_ges) wobei f und g Funktionen sind.

Somit ist die separate Bestimmung von J_Last und J_Mot notwendig. Hierzu ist in einem ersten Verfahrensschritt J_Mot bestimmbar, indem bei nicht vorhandener beziehungsweise nicht an die Rotorwelle des Elektromotors des Antriebsstrangs angekoppelter Last J_Mot bestimmt wird gemäß M_ist_1 / (doojstj / dt). In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann das Lastträgheitsmoment J_Last bestimmt gemäß

M_ist_1 / (doojstj / dt) - M_ist_2 / (doojstj / dt)

Spätere Änderungen des Lastträgheitsmoments J_Last sind dann in weiteren

Verfahrensschritten entsprechend bestimmbar, also der Wert des Lastträgheitsmoments J Last nachführbar.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden Werte verwendet gemäß Kp2 = Kp1 * f (J_Mot x J_Last)

Tn2 = Tn1 * g (J_Mot x J_Last) wobei f und g Funktionen sind und somit vom Produkt der beiden Trägheitsmomente abhängen.

Somit ist die separate Bestimmung von J_Last und J_Mot notwendig. Hierzu ist in einem ersten Verfahrensschritt J_Mot bestimmbar, indem bei nicht vorhandener beziehungsweise nicht an die Rotorwelle des Elektromotors des Antriebsstrangs angekoppelter Last J_Mot bestimmt wird gemäß M_ist_1 / (doo_ist_1 / dt). In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann das Lastträgheitsmoment J_Last bestimmt gemäß M_ist_1 / (doojst / dt) - M_ist_2 / (doo_ist_2 / dt)

Spätere Änderungen des Lastträgheitsmoments J_Last sind dann in weiteren

Verfahrensschritten entsprechend bestimmbar, also der Wert des Lastträgheitsmoments J Last nachführbar.

Bezugszeichenliste

1 Mittel zur Bestimmung des Drehmomentistwertes

20 Mittel zur Bestimmung des Drehmomentistwertes

30 Drehzahlregler

31 Mittel zur Bestimmung des Drehmomentsollwertes

32 Motorführungsmittel

33 Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor

I Motorstrom, insbesondere Motorstromraumzeiger

U Motorspannung, insbesondere Motorspannungsraumzeiger X Winkelposition

oojst Istwert der Winkelgeschwindigkeit

oo_Soll Sollwert der Winkelgeschwindigkeit

a_Soll Sollwert für Winkelbeschleunigung

M ist Istwert des Drehmoments