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Servocontroller

Typ Escon: Ein flotter Antrieb für viele Fälle

| Autor/ Redakteur: Anja Schütz* / Reinhard Kluger

Einfachste Inbetriebnahme, ausgezeichnete Reglereigenschaften, beste Schutzeinrichtungen, flexibel und effizient. Damit punkten fünf verschiedene Servocontroller, die eine Familie mit einheitlicher Funktionalität bilden.

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Digitale Servokontroller für bürstenbehaftete DC-Motoren und BLDC-Motoren (bürstenlose DC-Motoren) mit Hall-Sensoren bis ca. 700 W.
Digitale Servokontroller für bürstenbehaftete DC-Motoren und BLDC-Motoren (bürstenlose DC-Motoren) mit Hall-Sensoren bis ca. 700 W.
(Maxon motor)

Alle Servokontroller vom Typ Escon verfügen über ausgezeichnete Reglereigenschaften und haben einen sehr schnellen digitalen Stromregler mit enormer Bandbreite zur optimalen Motorstrom-/Drehmomentkontrolle. Das driftfreie, gleichzeitig aber extrem dynamische Drehzahlverhalten erlaubt einen Drehzahlbereich zwischen 0 und 150000 min-1. Die sehr hohe Bandbreite von Stromregler und Drehzahlregler resultiert aus der hohen Abtastrate für den Motorstrom und die Drehzahl. Die Abtastrate für den Motorstrom beträgt 53,6 KHz, das heißt, dass der Stromregler im Zeitraster von 18,6 µs gerechnet wird, was bis zu fünf Mal schneller als bei herkömmlichen Controller-Systemen ist. Die Abtastrate für die Drehzahl ist 5,36 KHz, das heißt, Tachospannung oder Inkrementalgeberzähler werden etwa alle 186 µs erfasst. Im Ergebnis bewirken diese schnellen Abtastzeiten geringste Phasenverschiebungen im Strom- bzw. Drehzahlreglerkreis, was letztlich die enorme Bandbreite ermöglicht.

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Dynamische Antriebslösungen

Der Servokontroller im Miniformat bietet umfangreiche Funktionalitäten mit frei konfigurierbaren digitalen und analogen Ein- und Ausgängen und ist für dynamische Antriebslösungen mit höchsten Anforderungen perfekt auf Maxon-Motoren abgestimmt. Diese Servokontroller können in diversen Betriebsmodi (Drehzahlregler, Drehzahlsteller, Stromregler) betrieben werden. Über einen analogen Sollwert wird der Servokontroller kommandiert. Er kann mittels analoger Spannung, externem oder internem Potentiometer, einem Fixwert oder mittels PWM-Signal mit variablem Tastverhältnis vorgegeben werden. Weitere interessante Funktionalitäten sind beispielsweise die drehrichtungsabhängige Freigabe (Enable) oder Sperrung (Disable) der Endstufe oder das Beschleunigen und Abbremsen mittels definierter Drehzahlrampe. Die Drehzahl ist per digitalem Inkremental-Encoder (2 Kanal mit/ohne Line Driver), DC-Tacho oder ohne Geber (IxR Kompensation) regelbar.

Komfortable Bedienbarkeit

Der Servokontroller ist ganz auf eine einfache Inbetriebnahme und komfortable Bedienbarkeit ausgelegt. Über USB-Schnittstelle mit dem PC verbunden, wird der Servokontroller mittels einer grafischen Benutzeroberfläche einfach und effizient parametriert. Eine Vielzahl von Funktionen und bedienerfreundliche Assistenten sowie ein ausgeklügeltes automatisches Verfahren zum Abstimmen der Regler helfen während der Inbetriebnahme und bei der Konfiguration der Ein- und Ausgänge, Überwachung, Datenaufzeichnung und Diagnose. Eine Erleichterung für den Benutzer ist es außerdem, dass die in einer Betriebsart nicht benötigten Eingaben nicht extra abgefragt werden. Das Resultat der Zuweisungen und die Verdrahtung des Controllers kann zudem gespeichert und auch als Diagramm ausgegeben werden.

Mit dieser leistungsfähigen Software können Probleme bei der Inbetriebnahme und auch bei Störungen aufgedeckt und untersucht werden. Das Diagnose-Werkzeug schlägt automatisch ein geeignetes Vorgehen zur Lösung des Problems vor. Dabei werden Controller, Motor, Sensoren zum Detektieren der Rotorposition sowie Drehzahlgeber analysiert.

Das Intelligente Überprüfen erkennt Verwechslungen

Besonders nützlich bei der Inbetriebnahme ist die intelligente Überprüfung der Verdrahtung zwischen Controller und Motor. Vertauschte Signalleitungen und verwechselte Motorleitungen werden sicher erkannt und vom Diagnose-Werkzeug mit Vorschlägen zur Korrektur beantwortet. Damit können auch Motoren mit unbekannten Daten und Anschlussbelegungen zuverlässig und ohne mühevolle, zeitraubende Experimente an die Escon-Controller angeschlossen werden. Eine Inbetriebnahme und optimale Parametrierung der Reglerparameter für ein bestimmtes System gestaltet sich häufig schwierig, da in der Praxis ein A-priori-Wissen über die Parameter des Systems (Massen, Reibungen usw.) meist nicht vorhanden ist. Eine rechnerische Bestimmung der Reglerparameter ist damit entweder nicht möglich oder umständlich und zeitaufwendig.

Autotuning in zwei Hauptschritten

Um diese Problematik zu überwinden, bietet Escon eine über das Escon Studio geführte Inbetriebnahme an. Für den Stromregler werden die Stromreglerparameter ermittelt und für den Drehzahlregler anschliessend zusätzlich die Drehzahlreglerparameter automatisch bestimmt. Das Autotuning ist ein modellbasiertes Selbsteinstellverfahren, das in zwei Hauptschritten erfolgt: die Identifikation des Systems und die Berechnung der Reglerparameter.

Die Systemidentifikation erfolgt im Frequenzbereich. Der Frequenzgang der Strecke wird durch ein Dauerschwingungsverfahren ermittelt. Dazu wird in den Regelkreis ein Zweipunktglied eingefügt, das den nichtlinearen Regelkreis bei geeigneter Wahl der Parameter zu charakteristischen Eigenschwingungen anregt. Die Grundschwingungen am Eingang X und am Ausgang Y der Strecke werden gemessen. Deren Verhältnis nach Betrag und Phase liefert einen Punkt des gesuchten Frequenzgangs. Durch einen adaptiven Algorithmus wird die Verstärkung des Zweipunktgliedes automatisch so eingestellt, dass eine stationäre Dauerschwingung am Ausgang der Strecke Y eine bestimmte Amplitude erreicht.

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