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Dokumentenidentifikation DE102005027435B4 26.04.2007
Titel Regelverfahren für eine Anzahl von in einem Regeltakt lagegeregelten Folgeachsen
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Rödel-Krainz, Johann, 91242 Ottensoos, DE
DE-Anmeldedatum 14.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005027435
Offenlegungstag 28.12.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse G05D 13/64(2006.01)A, F, I, 20060428, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G05D 3/12(2006.01)A, L, I, 20060428, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelverfahren für eine Anzahl von in einem Regeltakt lagegeregelten Folgeachsen, wobei in jedem Regeltakt

  • – anhand eines Lagewertes oder einer zeitlichen Ableitung des Lagewertes einer allen Folgeachsen übergeordneten Leitachse für jede Folgeachse ein anfänglicher Lagesollwert ermittelt wird und
  • – für jede Folgeachse ein Lageistwert erfasst wird sowie anhand des Lageistwertes und des anfänglichen Lagesollwertes der jeweiligen Folgeachse ein Schleppabstand ermittelt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Computerprogramm für einen Rechner zur Durchführung eines derartigen Regelverfahrens. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch einen Rechner mit einem solchen Datenträger.

Aus der DE 101 04 795 A1 ist ein Regelverfahren für eine Anzahl von in einem Regeltakt lagegeregelten Folgeachsen bekannt, wobei in jedem Regeltakt anhand eines Lagewertes oder einer zeitlichen Ableitung des Lagewertes einer allen Folgeachsen übergeordneten Leitachse für jede Folgeachse ein anfänglicher Lagesollwert ermittelt wird. Für jede Folgeachse wird ein Lageistwert erfasst. Weiterhin wird ein für alle Folgeachsen gültiger erwarteter Abweichungswert ermittelt und auf den Lagewert, anhand dessen die anfänglichen Lagesollwerte ermittelt werden, aufgeschaltet.

Aus der DE 40 42 275 A1 ist ein Regelverfahren für eine Anzahl von in einem Regeltakt lagegeregelten Folgeachsen bekannt. In jedem Regeltakt wird anhand eines Lagewertes oder einer zeitlichen Ableitung des Lagewertes einer allen Folgeachsen übergeordneten Leitachse für jede Folgeachse ein anfänglicher Lagesollwert ermittelt. Weiterhin wird für jede Folgeachse ein Lageistwert erfasst und anhand des Lageistwertes und des anfänglichen Lagesollwertes der jeweiligen Folgeachse ein Schleppabstand ermittelt. Der Schleppabstand wird mittels einer einem PI-Regler ähnlichen Struktur ausgeregelt.

Aus der US 4,093,904 A ist ein Lageregelverfahren für eine Anzahl von in einem Regeltakt lagegeregelten Folgeachsen bekannt, wobei in jedem Regeltakt anhand eines Lagewertes oder einer zeitlichen Ableitung des Lagewertes einer allen Folgeachsen übergeordneten Leitachse für jede Folgeachse ein anfänglicher Lagesollwert ermittelt wird.

Im Stand der Technik und auch bei der vorliegenden Erfindung wird zwischen Achsen und Antrieben unterschieden. Als Achse wird üblicherweise ein technologisches Objekt (d. h. eine Softwareinstanz) bezeichnet, als Antrieb ein reales physikalisches Objekt (z. B. ein Motor oder ein Leistungsteil). Normalerweise steuert eine Achse einen Antrieb. Wenn eine Achse hingegen keinen Antrieb steuert, wird eine solche Achse als virtuelle Achse bezeichnet.

Regelverfahren der eingangs genannten Art werden vor allem dann eingesetzt, wenn bei einer Anzahl von Achsen (einschließlich der Leitachse) ein Gleichlauf gewährleistet werden soll. Im Stand der Technik wird hierbei ständig überwacht, ob die Schleppabstände der Folgeachsen innerhalb vorbestimmter Toleranzbereiche bleiben. Ist dies der Fall, wird das Regelverfahren (= der Normalbetrieb) fortgesetzt. Tritt hingegen ein Fehlerfall ein, auf Grund dessen eine der Folgeachsen ihren zulässigen Toleranzbereich verlässt, wird auf einen Fehlerbetrieb umgeschaltet, in dem gegebenenfalls vom Normalbetrieb abgewichen werden kann. Beispielsweise kann ein Regelverfahren ausgeführt werden, in dem diese Folgeachse nunmehr zur neuen Leitachse wird. Ein Beispiel für diese Vorgehensweise findet sich in der DE 195 29 430 C2.

Die Vorgehensweise des Standes der Technik weist eine Vielzahl von Nachteilen auf. So ist es beispielsweise erforderlich, den Fehlerfall als solches sofort und unmittelbar zu erfassen, um rechtzeitig in den Fehlerbetrieb umschalten zu können. Weiterhin ist ein eigenes, gegebenenfalls vom Normalbetrieb verschiedenes Regelkonzept erforderlich. Hierfür muss eine entsprechende Programmierung vorhanden sein. Auch ist es möglich, dass durch das Umschalten in den Fehlerbetrieb selbst wieder Folgefehler generiert werden, z.B. ein Überschreiten des Regeltaktes oder ein Überschreiten eines Toleranzbereichs einer anderen Folgeachse. Schließlich versagt die Vorgehensweise des Standes der Technik oftmals beim Auftreten von Mehrfachfehlern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Regelverfahren der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere soll es möglich sein, zumindest Einfachfehler im Rahmen des Normalbetriebs zu beherrschen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in jedem Regeltakt anhand der Schleppabstände der Folgeachsen ein für alle Folgeachsen gültiger Abweichungswert ermittelt wird und für jede Folgeachse anhand des Abweichungswerts und des Lageistwertes dieser Folgeachse ein endgültiger Lagesollwert ermittelt wird, auf den die jeweilige Folgeachse lagegeregelt wird.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung also die Leitachse selbst nicht mit in den Achsverbund eingebunden. Daher ist es unkritisch, wenn sich bei den Folgeachsen Schleppabstände zur Leitachse aufbauen. Die Leitachse selbst muss also nicht synchron zu den Folgeachsen sein. Es muss nur gewährleistet sein, dass die Schleppabstände der Folgeachsen untereinander innerhalb vorbestimmter Toleranzbereiche liegen. Dies wird durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise gewährleistet.

Wenn die für die Folgeachsen ermittelten Schleppabstände geeignet normiert sind, sind die Schleppabstände sofort und direkt miteinander vergleichbar. Ein Beispiel eines normierten Schleppabstands ist dabei die Differenz von Lagesollwert und Lageistwert einer Folgeachse, dividiert durch die Lagesollwertänderung der jeweiligen Folgeachse innerhalb eines Regeltaktes. Dieser Schleppabstand besitzt beispielsweise die Eigenschaften, dass er

  • – proportional zur Differenz von Lagesollwert und Lageistwert ist,
  • – unabhängig von einer Gleichlaufbeziehung ist,
  • – einheitenlos ist,
  • – den direkten Bezug zur Leitachse liefert und
  • – ohne weitere Umrechnung oder Umformung mit den Schleppabständen anderer Folgeachsen vergleichbar ist.

Die Leitachse kann eine reale Achse sein, die außerhalb des gleichlaufenden Achsverbundes ist. Vorzugsweise ist die Leitachse aber eine virtuelle Achse.

Zur Implementierung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens können beispielsweise anhand der Schleppabstände aller Folgeachsen globale Kenngrößen ermittelt werden, vorzugsweise auf statistischer Basis, anhand derer erkennbar ist, ob mindestens eine der Folgeachsen einen deutlich anderen Schleppabstand als die anderen Folgeachsen aufweist. Der Abweichungswert wird in diesem Fall anhand der globalen Kenngrößen derart ermittelt, dass die anderen Folgeachsen zumindest tendenziell der mindestens einen Folgeachse folgen, die einen deutlich anderen Schleppabstand aufweist als die anderen Folgeachsen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens ergibt sich, wenn

  • – die Folgeachsen zu Achsgruppen mit je mindestens einer Folgeachse zusammengefasst sind,
  • – die Folgeachsen jeder Achsgruppe von jeweils einem Regelrechner lagegeregelt werden,
  • – jeder Regelrechner die Schleppabstände der von ihm lagegeregelten Folgeachsen ermittelt,
  • – jeder Regelrechner anhand der von ihm ermittelten Schleppabstände eine Anzahl lokaler Kenngrößen ermittelt und über ein Bussystem, an das zumindest die Regelrechner angeschlossen sind, ausgibt,
  • – die lokalen Kenngrößen von mindestens einem an das Bussystem angeschlossenen Korrekturrechner empfangen werden und
  • – der mindestens eine Korrekturrechner anhand der lokalen Kenngrößen der Regelrechner die globalen Kenngrößen ermittelt, anhand der globalen Kenngrößen den Abweichungswert ermittelt und den Abweichungswert mindestens einem der Regelrechner zur Verfügung stellt.

Denn dann reduziert sich – insbesondere bei größeren Achsverbünden mit z. B. 15 bis 20 Regelrechnern mit je 5 bis 10 lagegeregelten Folgeachsen – der Rechen- und Kommunikationsaufwand deutlich.

Der Korrekturrechner kann alternativ auf die Regelrechner verteilt sein oder aber ein Leitrechner sein.

Die lokalen Kenngrößen können die Schleppabstände der vom jeweiligen Regelrechner lagegeregelten Folgeachsen selbst sein. Vorzugsweise aber ist die Anzahl lokaler Kenngrößen für alle Regelrechner die gleiche und unabhängig von der Anzahl der von den Regelrechnern jeweils lagegeregelten Folgeachsen und unabhängig von der Anzahl der von den Regelrechnern jeweils maximal regelbaren Folgeachsen. Denn dann ist die Reaktionszeit zum Ermitteln des Abweichungswerts nahezu unabhängig von der Anzahl lagegeregelter Folgeachsen.

Die lokalen Kenngrößen der Regelrechner sind vorzugsweise für das Minimum, das Maximum und den Mittelwert der Schleppabstände der vom jeweiligen Regelrechner lagegeregelten Folgeachsen charakteristisch. Gegebenenfalls können die lokalen Kenngrößen zusätzlich auch für die Anzahl der vom jeweiligen Regelrechner lagegeregelten Folgeachsen charakteristisch sein. Alternativ zum lokalen Mittelwert könnte auch ein anderer Wert, z. B. ein Medianwert oder ein Quantil, ermittelt und übermittelt werden.

Die globalen Kenngrößen umfassen vorzugsweise das globale Minimum, das globale Maximum und den globalen Mittelwert aller Schleppabstände. Denn dann ist es insbesondere beispielsweise möglich, dass der Abweichungswert anhand der Formel K = MAX – TOL·F ermittelt wird, wenn der globale Mittelwert näher am globalen Minimum als am globalen Maximum liegt, und anhand der Formel K = MIN + TOL·F ermittelt wird, wenn der globale Mittelwert näher am globalen Maximum als am globalen Minimum liegt, wobei MIN das globale Minimum, MAX das globale Maximum, TOL ein Toleranzwert und F ein Faktor zwischen Null und Eins ist. Denn auch dadurch orientieren sich die Folgeachsen an „Ausreißern", nicht an den übrigen, im Wesentlichen synchron zueinander verfahrenen Folgeachsen.

Der Faktor kann variabel sein. Er kann insbesondere von der zeitlichen Ableitung des Lagewertes der Leitachse und der zeitlichen Ableitung des globalen Minimums bzw. der zeitlichen Ableitung des globalen Maximums abhängen. Der Toleranzwert entspricht in der Regel der Differenz von globalem Mittelwert und globalem Minimum bzw. globalem Maximum und globalem Mittelwert, ist aber begrenzt auf einen Maximalwert. Der Maximalwert kann dabei z. B. für eine maximal zulässige Abweichung innerhalb des Achsverbundes charakteristisch sein.

Der endgültige Lagesollwert wird für jede Folgeachse vorzugsweise anhand zumindest des Lageistwertes des momentanen Regeltaktes, der Differenz von Lageistwert und Lagesollwert des vorhergehenden Regeltaktes, des Abweichungswertes, des Faktors und der zeitlichen Änderung des Lagewertes der Leitachse ermittelt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:

1 ein Blockschaltbild eines Antriebsverbundes,

2 eine alternative Darstellung von 1 und

3 bis 6 Ablaufdiagramme.

Gemäß 1 weist ein Achsverbund eine Vielzahl von Folgeachsen 1 auf. Die Folgeachsen 1 sind zu Achsgruppen 2 zusammen gefasst. Jede Achsgruppe 2 weist mindestens eine Folgeachse 1 auf. Die Folgeachsen 1 jeder Achsgruppe 2 werden von je einem Regelrechner 3 lagegeregelt.

Die Folgeachsen 1 sollen synchron zueinander verfahren werden. Zu diesem Zweck sind die Regelrechner 3 und ein Leitrechner 4 an ein Bussystem 5 angeschlossen.

Die Regelrechner 3 sind softwareprogrammierbar. Über einen Datenträger 6, auf dem ein Computerprogramm 7 für die Regelrechner 3 gespeichert ist, ist somit die Betriebsweise der Regelrechner 3 bestimmbar. Ebenso ist auch der Leitrechner 4 softwareprogrammierbar. Über einen Datenträger 8, auf dem ein Computerprogramm 9 für den Leitrechner 4 gespeichert ist, ist somit die Betriebsweise des Leitrechners 4 bestimmbar. Auf Grund ihrer Programmierung führen der Leitrechner 4 und die Regelrechner 3 ein Regelverfahren für die Folgeachsen 1 aus, das nachstehend in Verbindung mit den 2 bis 6 näher erläutert wird. Kernpunkt des Verfahrens ist dabei die Vorgehensweise gemäß 2. Die 3 und 4 zeigen eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens, die 5 und 6 eine zweite Ausgestaltung.

Gemäß 2 wird in jedem Regeltakt anhand eines Lagewertes (Soll- oder Istwert) oder einer zeitlichen Ableitung des Lagewertes einer allen Folgeachsen 1 übergeordneten Leitachse für jede Folgeachse 1 ein anfänglicher Lagesollwert p* ermittelt. Die anfänglichen Lagesollwerte p* der Folgeachsen 2 können dabei in einer linearen (Getriebe) oder in einer nicht linearen (Kurvenscheibe) Beziehung zum Lagewert der Leitachse stehen. Auch können sie direkt aus dem Lagewert der Leitachse oder aus einem Lagewert (Ist oder Soll), vorzugsweise dem anfänglichen Lagesollwert p*, einer zwischengeschalteten Folgeachse 1 ermittelt werden.

Die anfänglichen Lagesollwerte p* werden an unterlagerte Gleichlaufregler 10 weitergegeben. Pro Folgeachse 1 ist dabei je ein eigener Gleichlaufregler 10 vorhanden. Die Gleichlaufregler 10 ermitteln, wie nachstehend näher beschrieben werden wird, je einen endgültigen Lagesollwert &dgr;p* und geben diesen endgültigen Lagesollwert &dgr;* an Lageregler 11 weiter, die dann die jeweilige Folgeachse 1 lageregeln.

Für jede Folgeachse 1 wird ein Lageistwert p erfasst. Anhand des Lageistwerts p und des anfänglichen Lagesollwerts p* der jeweiligen Folgeachse 1 wird von einem Schleppabstandermittler 12 – beispielsweise gemäß der Formel A = (p* – p)/(p* – p*')(1) ein Schleppabstand A ermittelt. Der Wert p*' ist dabei der anfängliche Lagesollwert des vorherigen Regeltaktes. Die Ermittlung des Schleppabstands A gemäß der oben stehenden Formel ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil dadurch der Schleppabstand A der jeweiligen Folgeachse 1 normiert ist.

Gegebenenfalls könnte – z.B. auf Grund einer (gewichteten oder ungewichteten) Mittelwertbildung, eines Tiefpasses oder anderer Filtermaßnahmen auch eine Glättung erfolgen.

Die Schleppabstände A werden einer Auswertungseinrichtung 13 zugeführt. Diese führt eine statistische Auswertung der Schleppabstände A durch. Insbesondere ermittelt die Auswertungseinrichtung 13 einen Abweichungswert K, der für alle Folgeachsen 1 gültig ist. Die Auswertung kann dabei zentral (z.B. im Leitrechner 4) oder verteilt (z.B. in den Regelrechnern 3) erfolgen.

Den Abweichungswert K führt die Auswertungseinrichtung 13 den Gleichlaufreglern 10 zu, welche anhand des Lageistwertes p der jeweiligen Folgeachse 1 und dieses Abweichungswerts K dann den endgültigen Lagesollwert &dgr;p* ermitteln, auf den die jeweilige Folgeachse 1 lagegeregelt wird.

Auf Grund dieser, oben stehend kurz skizzierten Vorgehensweise, die nachstehend in Verbindung mit den 3 bis 6 detaillierter erläutert werden wird, kann die Lagesynchronisierung von den absoluten Schleppabständen zur Leitachse entkoppelt werden. Dabei sei erwähnt, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise nicht an eine bestimmte rechnertechnische Struktur gebunden ist. Insbesondere könnte das gesamte Regelverfahren in einem einzigen Rechner implementiert sein. Auch kann die Auswertungseinrichtung 13 alternativ im Leitrechner 4 oder in den Regelrechnern 3 verteilt angeordnet sein. Auch könnte das Bussystem 5 mehrstufig ausgebildet sein. Die beiden nachstehend in Verbindung mit den 3 und 4 sowie den 5 und 6 geschilderten Vorgehensweisen sind also nicht die einzig möglichen Vorgehensweisen, sondern nur beispielhafte Vorgehensweisen.

Gemäß 3 nimmt der Leitrechner 4 in einem Schritt S1 den Lagesollwert für die Leitachse entgegen oder ermittelt ihn selbst. Welche dieser beiden Vorgehensweisen ergriffen wird, ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung von sekundärer Bedeutung. Denn im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Lagesollwert für die Leitachse nicht tatsächlich an einen Antrieb ausgegeben. Die Leitachse ist also nur eine virtuelle Achse. Beispielsweise kann ein entsprechender Positionierbefehl an die Leitachse ausgegeben werden.

In einem Schritt S2 ermittelt der Leitrechner 4 sodann anhand des Lagesollwerts für die Leitachse auch für die Folgeachsen 1 deren anfängliche Lagesollwerte p*. Diese Lagesollwerte p* übermittelt der Leitrechner 4 in einem Schritt S3 an die Regelrechner 3.

In einem Schritt S4 nimmt der Leitrechner 4 von den Regelrechnern 3 lokale Kenngrößen min, max, mitt und eventuell num entgegen. Theoretisch könnten die Schleppabstände A der Folgeachse 1 selbst entgegen genommen werden. Vorzugsweise aber sind bereits die lokalen Kenngrößen min, max, mitt (zuzüglich gegebenenfalls num) statistische Werte. Die Anzahl an lokalen Kenngrößen min, max, mitt und eventuell num ist daher vorzugsweise für alle Regelrechner 3 die gleiche. Sie ist unabhängig von der Anzahl num der von dem jeweiligen Regelrechner 3 lagegeregelten Folgeachsen 1 und auch unabhängig von der Anzahl der von dem jeweiligen Regelrechner 3 maximal regelbaren Folgeachsen 1. Die Anzahl an lokalen Kenngrößen min, max, mitt (und eventuell num) beträgt typischerweise drei oder vier.

Die lokalen Kenngrößen min, max, mitt und eventuell num der Regelrechner 3 sind gemäß Ausführungsbeispiel für das Minimum min, das Maximum max und den Mittelwert mitt der Schleppabstände A der vom jeweiligen Regelrechner 3 lagegeregelten Folgeachsen 1 charakteristisch. Im einfachsten Fall umfassen sie direkt diese Werte min, max und mitt. An Stelle des lokalen Mittelwertes mitt könnte alternativ beispielsweise auch ein Medianwert oder ein Quantil der Schleppabstände A der vom jeweiligen Regelrechner 3 geregelten Folgeachsen 1 übermittelt werden. Auch könnten das lokale Minimum min und das lokale Maximum max durch andere geeignete Kenngrößen ersetzt werden.

In einem Schritt S5 ermittelt der Leitrechner 4 anhand der lokalen Kenngrößen min, max, mitt, num der Regelrechner 3 und damit im Ergebnis anhand der Schleppabstände A aller Folgeachsen 1 globale Kenngrößen MIN, MAX, MITT. Anhand der globalen Kenngrößen MIN, MAX, MITT ist erkennbar, ob mindestens eine der Folgeachsen 1 einen deutlich anderen Schleppabstand A aufweist als die anderen Folgeachsen 1. Beispielsweise umfassen die globalen Kenngrößen MIN, MAX, MITT zu diesem Zweck zumindest das globale Minimum MIN, das globale Maximum MAX und den globalen Mittelwert MITT der Schleppabstände A aller Folgeachsen 1 des Achsverbundes.

Zur Ermittlung der globalen Kenngrößen MIN, MAX, MITT muss dem Leitrechner 4 bekannt sein, welcher Regelrechner 3 jeweils wie viele Folgeachsen 1 regelt. Hierfür gibt es zwei Möglichkeiten. Zum Einen ist es möglich, dass im Leitrechner 4 projektiert ist, welche Regelrechner 3 vorhanden sind und wie viele Folgeachsen 1 diese jeweils regeln. Zum Anderen ist es möglich, dass die lokalen Kenngrößen min, max, mitt, num zusätzlich auch für die Anzahl num der vom jeweiligen Regelrechner 3 lagegeregelten Folgeachsen 1 charakteristisch sind. Im einfachsten Fall enthalten die lokalen Kenngrößen min, max, mitt, num daher zusätzlich zu lokalem Minimum min, lokalem Maximum max und lokalem Mittelwert mitt einen vierten Wert num, der für die Anzahl num an Folgeachsen 1 des jeweiligen Regelrechners 3 charakteristisch ist.

In einem Schritt S6 prüft der Leitrechner 4, ob der globale Mittelwert MITT näher beim globalen Minimum MIN oder beim globalen Maximum MAX liegt. Im ersten Fall ermittelt der Leitrechner 4 in einem Schritt S7 den Abweichungswert K zu K = MAX – TOL·F(2).

TOL ist dabei ein Toleranzwert, der in der Regel gleich der Differenz von globalem Mittelwert MITT und globalem Minimum MIN ist, bei großer Differenz aber auf einen Maximalwert begrenzt wird.

Im zweiten Fall ermittelt der Leitrechner 4 in einem Schritt S8 den Abweichungswert K zu K = MIN + TOL·F(3).

TOL ist wieder ein Toleranzwert, der in der Regel gleich der Differenz von globalem Maximum MAX und globalem Mittelwert MITT ist, bei großer Differenz aber ebenfalls auf den oben erwähnten Maximalwert begrenzt ist.

Ferner ermittelt der Leitrechner 4 im Rahmen eines Schrittes S9 einen Faktor F. Der Faktor F ist daher variabel. Die Ermittlung des Faktors F kann z.B. anhand der Änderung des Lagesollwerts der Leitachse und der zeitlichen Änderung der globalen Kenngrößen MIN, MAX, MITT erfolgen. Die Ermittlung des Faktors F ist aber optional. Der Faktor F kann insbesondere einen Wert zwischen 0 und 1 aufweisen.

Der Abweichungswert K und auch der Faktor F werden in einem Schritt S10 an die Regelrechner 3 übermittelt. Gegebenenfalls könnten auch die globalen Kenngrößen MIN, MAX, MITT übermittelt werden. In diesem Fall können die Regelrechner 3 den Abweichungswert K und den Faktor F selbst ermitteln.

Die Regelrechner 3 wiederum nehmen gemäß 4 in einem Schritt S11 vom Leitrechner 4 die anfänglichen Lagesollwerte p* für ihre jeweiligen Folgeachsen 1 entgegen. Weiterhin nehmen sie in einem Schritt S12 von ihren jeweiligen Folgeachsen 1 deren Lageistwerte p entgegen.

Sodann ermitteln die Regelrechner 3 in einem Schritt S13 für jede von ihnen lagegeregelte Folgeachse 1 deren Schleppabstand A, und zwar vorzugsweise gemäß der Formel, die obenstehend in Verbindung mit 2 bereits erwähnt und erläutert wurde. Anhand der Schleppabstände A können die Regelrechner 3 daher in einem Schritt S14 für die von ihnen lagegeregelten Folgeachsen 1 als lokale Kenngrößen das lokale Minimum min, das lokale Maximum max und den lokalen Mittelwert mitt der Schleppabstände A ermitteln. Gegebenenfalls können die Regelrechner 3 auch die Anzahl num der Folgeachsen 1 ermitteln. Vorzugsweise ist sie aber projektiert.

Die lokalen Kenngrößen min, max, mitt und gegebenenfalls auch num übermitteln die Regelrechner 3 in einem Schritt S15 – z.B. in einem Telegramm – an den Leitrechner 4. In einem Schritt S16 nehmen sie vom Leitrechner 4 den Abweichungswert K sowie den Faktor F entgegen.

Anhand des Abweichungswerts K und des Faktors F ermitteln die Regelrechner 3 sodann in einem Schritt S17 für jede von ihnen lagegeregelte Folgeachse 1 ein Inkrement inc für die jeweilige Folgeachse 1. Diese Ermittlung erfolgt dabei anhand der Differenz von anfänglichem Lagesollwert p* und Lageistwert p für diese Folgeachse 1, des Abweichungswerts K, des Faktors F und gegebenenfalls weiterer Größen. Vorzugsweise erfolgt sie gemäß der Formel inc = (p* – p) – K·|p* – p*'| + (p* – p*')·F·&agr;.(4)

Unter Hinzuziehen des Lageistwertes p der jeweiligen Folgeachse 1 ermitteln die Regelrechner 3 dann den endgültigen Lagesollwert &dgr;p* zu &dgr;p* = p + inc(5).

Die Differenz von ursprünglichem Lagesollwert p* und Lageistwert p in Formel 4 bezieht sich dabei auf den vorhergehenden Regeltakt, bezüglich dessen auch der Abweichungswert K und der Faktor F ermittelt wurden. Die Differenz der ursprünglichen Lagesollwerte p* und p*' bezieht sich auf den momentanen und den vorhergehenden Regeltakt. &agr; ist ein Faktor, der unter anderem von der zeitlichen Änderung des Lagewertes der Leitachse abhängt. p in Formel 5 ist der Lageistwert des momentanen Regeltaktes.

In einem Schritt S18 steuern die Regelrechner 3 dann die von ihnen geregelten Folgeachsen 1 entsprechend an. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise – insbesondere bei der Ermittlung des Abweichungswerts K – wird daher erreicht, dass die Folgeachsen 1 zumindest tendenziell einer „ausreißenden" Folgeachse 1 folgen.

Der Betrieb des Leitrechners 4 und der Regelrechner 3 gemäß den 5 und 6 entspricht vom Ansatz her dem Betrieb des Leitrechners 4 und der Regelrechner 3 gemäß den 3 und 4. Im Unterschied zu den 3 und 4 erfolgt nunmehr jedoch auch die Ermittlung des Abweichungswerts K und des Faktors F auf Seiten der Regelrechner 3. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bei der Erläuterung der 5 und 6 aber auf die 3 und 4 verwiesen, soweit dies sinnvoll ist.

Die 5 weist lediglich Schritte S21 und S22 auf. Schritt S21 korrespondiert mit Schritt S1 von 3. Im Schritt S22 wird der Lagewert (Soll oder Ist) der Leitachse an die Regelrechner 3 übermittelt.

Der Betrieb der Regelrechner 3 gemäß 6 entspricht zum größten Teil dem vereinigten Betrieb des Leitrechners 4 von 3 und der Regelrechner 3 von 4. Insbesondere führen die Regelrechner 3 gemäß 6 Schritte S31 bis S44 aus, von denen nur der Schritt S31 neu ist. Denn im Schritt S31 nehmen die Regelrechner 3 vom Leitrechner 4 den Lagewert der Leitachse entgegen. Der Schritt S32 hingegen korrespondiert mit Schritt S2 von 3, die Schritte S33 bis S36 mit den Schritten S12 bis S15 von 4, die Schritt S37 bis S42 mit den Schritten S4 bis S9 von 3 und die Schritte S43 und S44 mit den Schritten S17 und S18 von 4. Die Schritte S31 bis S44 werden daher nachfolgend nicht nochmals einzeln erläutert. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass im Schritt S36 im Broadcast-Mode gearbeitet werden kann. Jeder Regelrechner 3 übermittelt in diesem Fall also die von ihm gesendeten lokalen Kenngrößen min, max, mitt und gegebenenfalls auch num gleichzeitig an alle anderen Regelrechner 3.

Gemäß den 5 und 6 wird also die Funktion des Leitrechners 4 auf die Vorgabe des Lagesollwerts der Leitachse reduziert. Die gesamte übrige Funktionalität, einschließlich der Ermittlung der anfänglichen Lagesollwerte p* für die Folgeachsen 1 und auch des Faktors F, erfolgt auf Seiten der Regelrechner 3. Es könnte aber auch umgekehrt das gesamte Regelverfahren in einem einzigen Rechner 3, 4 ausgeführt werden. Es ist auch möglich, dass der Leitrechner 4 mit einem der Regelrechner 3 identisch ist. Welche Konfiguration ergriffen wird, liegt im Belieben des Fachmanns.

Bei der obenstehend beschriebenen Vorgehensweise der 5 und 6 stellen die Regelrechner 3 selbst für die von ihnen lagegeregelten Folgeachsen 1 Korrekturrechner dar, welche den Abweichungswert K und die endgültigen Lagesollwerte &dgr;p* der Folgeachsen 1 ermitteln. Bei der Vorgehensweise der 3 und 4 hingegen, bei der die globalen Kenngrößen MIN, MAX, MITT und auch der Abweichungswert K zentral (also im Leitrechner 4) ermittelt werden und der Abweichungswert K weiter an die Regelrechner 3 übermittelt wird, stellt der Leitrechner 4 den Korrekturrechner dar. Dies gilt erst recht, wenn der Leitrechner 4 auch die endgültigen Lagesollwerte &dgr;p* ermittelt, was prinzipiell ebenfalls möglich wäre.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist somit ein Gleichlauf der Folgeachsen 1 erreichbar, wobei gleichzeitig erhebliche Schleppabstände A gegenüber der Leitachse tolerierbar sind. Denn bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise folgen die Folgeachsen 1 automatisch einem „Ausreißer". Damit wird ein Umschalten auf einen Fehlerbetrieb bei Einfachfehlern entbehrlich. Auch Mehrfachfehler sind – zumindest teilweise – beherrschbar. Weiterhin können manche Folgefehler vermieden werden. Schließlich ist es auf Grund der Ermittlung und Verarbeitung lokaler und globaler Kenngrößen min, max, mitt, num, MIN, MAX, MITT möglich, den Rechen- und Kommunikationsaufwand zu reduzieren. Dadurch sind auch große Antriebsverbünde beherrschbar.


Anspruch[de]
Regelverfahren für eine Anzahl von in einem Regeltakt lagegeregelten Folgeachsen (1), wobei in jedem Regeltakt

– anhand eines Lagewertes oder einer zeitlichen Ableitung des Lagewertes einer allen Folgeachsen (1) übergeordneten Leitachse für jede Folgeachse (1) ein anfänglicher Lagesollwert (p*) ermittelt wird,

– für jede Folgeachse (1) ein Lageistwert (p) erfasst wird sowie anhand des Lageistwertes (p) und des anfänglichen Lagesollwertes (p*) der jeweiligen Folgeachse (1) ein Schleppabstand (A) ermittelt wird,

– anhand der Schleppabstände (A) der Folgeachsen (1) ein für alle Folgeachsen (1) gültiger Abweichungswert (K) ermittelt wird und

– für jede Folgeachse (1) anhand des Abweichungswerts (K) und des Lageistwerts (p) dieser Folgeachse (1) ein endgültiger Lagesollwert (&dgr;p*) ermittelt wird, auf den die jeweilige Folgeachse (1) lagegeregelt wird.
Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Folgeachsen (1) ermittelten Schleppabstände (A) normiert sind. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitachse eine virtuelle Achse ist. Regelverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Schleppabstände (A) aller Folgeachsen (1) globale Kenngrößen (MIN, MAX, MITT) ermittelt werden, anhand derer erkennbar ist, ob mindestens eine der Folgeachsen (1) einen deutlich anderen Schleppabstand (A) als die anderen Folgeachsen (1) aufweist, und dass der Abweichungswert (K) anhand der globalen Kenngrößen (MIN, MAX, MITT) derart ermittelt wird, dass die anderen Folgeachsen (1) zumindest tendenziell der mindestens einen Folgeachse (1) folgen, die einen deutlich anderen Schleppabstand (A) aufweist als die anderen Folgeachsen (1). Regelverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

– dass die Folgeachsen (1) zu Achsgruppen (2) mit je mindestens einer Folgeachse (1) zusammen gefasst sind,

– dass die Folgeachsen (1) jeder Achsgruppe (2) von jeweils einem Regelrechner (3) lagegeregelt werden,

– dass jeder Regelrechner (3) die Schleppabstände (A) der von ihm lagegeregelten Folgeachsen (1) ermittelt,

– dass jeder Regelrechner (3) anhand der von ihm ermittelten Schleppabstände (A) eine Anzahl lokaler Kenngrößen (min, max, mitt, num) ermittelt und über ein Bussystem (5), an das zumindest die Regelrechner (3) angeschlossen sind, ausgibt,

– dass die lokalen Kenngrößen (min, max, mitt, num) von mindestens einem an das Bussystem (5) angeschlossenen Korrekturrechner (3, 4) empfangen werden und

– dass der mindestens eine Korrekturrechner (3, 4) anhand der lokalen Kenngrößen (min, max, mitt, num) der Regelrechner (3) die globalen Kenngrößen (MIN, MAX, MITT) ermittelt, anhand der globalen Kenngrößen (MIN, MAX, MITT) den Abweichungswert (K) ermittelt und den Abweichungswert (K) mindestens einem der Regelrechner (3) zur Verfügung stellt.
Regelverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturrechner (3) auf die Regelrechner (3) verteilt ist. Regelverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturrechner (4) ein Leitrechner (4) ist. Regelverfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Kenngrößen (A) die Schleppabstände (A) der vom jeweiligen Regelrechner (3) lagegeregelten Folgeachsen (1) selbst sind. Regelverfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl lokaler Kenngrößen (min, max, mitt, num) für alle Regelrechner (3) die gleiche ist und unabhängig von der Anzahl (num) der von den Regelrechnern (3) jeweils lagegeregelten Folgeachsen (1) und unabhängig von der Anzahl der von den Regelrechnern (3) jeweils maximal regelbaren Folgeachsen (1) ist. Regelverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Kenngrößen (min, max, mitt, num) für das Minimum (min), das Maximum (max) und den Mittelwert (mitt) der Schleppabstände (A) der vom jeweiligen Regelrechner (3) lagegeregelten Folgeachsen (1) charakteristisch sind. Regelverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Kenngrößen (min, max, mitt, num) zusätzlich auch für die Anzahl (num) der vom jeweiligen Regelrechner (3) lagegeregelten Folgeachsen (1) charakteristisch sind. Regelverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Kenngrößen für das Minimum (min) und das Maximum (max) sowie einen Medianwert oder ein Quantil der Schleppabstände (A) der vom jeweiligen Regelrechner (3) geregelten Folgeachsen (1) charakteristisch sind. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die globalen Kenngrößen (MIN, MAX, MITT) das globale Minimum (MIN), das globale Maximum (MAX) und den globalen Mittelwert (MITT) der Schleppabstände (A) aller Folgeachsen (1) umfassen. Regelverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Folgeachsen (1) zumindest tendenziell in Richtung auf denjenigen Wert (MIN, MAX) von globalem Minimum (MIN) und globalem Maximum (MAX) lagegeregelt werden, der weiter vom globalen Mittelwert (MITT) entfernt ist. Regelverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungswert (K) anhand der Formel K = MAX – TOL·F ermittelt wird, wenn der globale Mittelwert (MITT) näher am globalen Minimum (MIN) als am globalen Maximum (MAX) liegt, und anhand der Formel K = MIN + TOL·F ermittelt wird, wenn der globale Mittelwert (MITT) näher am globalen Maximum (MAX) als am globalen Minimum (MIN) liegt, wobei MIN das globale Minimum (MIN), MAX das globale Maximum (MAX), TOL ein Toleranzwert und F ein Faktor (F) zwischen Null und Eins ist. Regelverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor (F) variabel ist. Regelverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor (F) von der zeitlichen Ableitung des Lagewertes der Leitachse und der zeitlichen Ableitung des globalen Minimums (MIN) bzw. der zeitlichen Ableitung des globalen Maximums (MAX) abhängt. Regelverfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Folgeachse (1) dessen endgültiger Lagesollwert (&dgr;p*) anhand zumindest des Lageistwertes (p) des momentanen Regeltaktes, der Differenz von Lageistwert (p) und Lagesollwert (p*) des vorhergehenden Regeltaktes, des Abweichungswerts (K), des Faktors (F) und der zeitlichen Änderung des Lagewertes der Leitachse ermittelt wird: Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Computerprogramm (7, 9) für einen Rechner (3, 4) zur Durchführung eines Regelverfahrens nach einem der obigen Ansprüche. Rechner mit einem Datenträger (6, 8) nach Anspruch 19.






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