Drehzahlregelung per Tachosignal will nicht

[Reinhard]

Gegeben ist ein Gerät, welches Material von einer Spule auf eine andere umwickelt.

Hinter jeder Spule sitzt ein Servoverstärker. Nun möchte ich, dass das Material mit konstanter Geschwindigkeit läuft, dazu muss der Aufwickel ja immer langsamer werden. Es gibt keine besonderen Anforderungen an die Genauigkeit.

Realisierung:

Das Materal treibt einen Tachogenerator an. Dessen neg. Ausgangssignal wird über ein Poti zusammen mit einer pos. Sollwertvorgabe (PWM aus Mega8 auf einen als Addierer geschalteten OPV gegeben. Dessen Ausgangssignal wiederum steuert den Aufwickelservo. So reduziert das steigende neg. Tachosignal das Steuersignal für den Servo und reduziert die Drehzahl => Tachosignal sinkt wieder => Steuersignal steigt. So müßte sich das Ganze doch auf eine konstante Geschwindigkeit einpendeln.

Macht es aber nicht!??

Am Tisch mit dem Labornetzteil funktioniert es wie gedacht, nur die sch.. Praxis.

Zwar wird die Drehzahl des Aufwickels durch das Tachosignal reduziert, es stell sich aber einfach kein Gleichgewicht (=konst. Geschwindigkeit des Materials) ein. Es wird mit der Zeit immer schneller.

Irgendwo muss ich einen gewaltigen Denkfehler haben. Nach dem beschriebenen System funktionieren einige Maschinen die ich kenne. Jedoch wird hier immer auf eine konst. Drehzahl des Motors geregelt.
Hier müßte ja die Drehzahl permanent sinken.

Alle die bis hierher gekommen sind Dank für die Geduld.

Hat jemand die Erklärung / Lösung für mich?

Vielen herzlichen Dank



Reinhard

[oberallgeier]

... von einer Spule auf eine andere umwickelt ... Tachogenerator ... neg. Ausgangssignal ... den Aufwickelservo ...

Versteh ich nicht wirklich. Das klingt nach einer umgekehrt proportionalen Drehzahl am Aufwickel. Du spulst Volumen um. Der Aufwickel dürfte also nicht umgekehrt proportional r vom Abwickel drehen, sondern meiner Meinung nach proportional r². Oder ? ABER: diese Proportionalität von 1/r zu R² gilt natürlich nur für Bandmaterial . . . . also für z.B. Draht schon nicht so simpel zu erfassen. Wenn ich es richtig im Kopf habe, werden solche Umwickelaufgaben vom Durchhang zwischen den beiden Coils gesteuert, sogar bei Bandmaterial.

[Reinhard]

Versteh ich nicht wirklich. Das klingt nach einer umgekehrt proportionalen Drehzahl am Aufwickel. Du spulst Volumen um. Der Aufwickel dürfte also nicht umgekehrt proportional r vom Abwickel drehen, sondern meiner Meinung nach proportional r². Oder ? ABER: diese Proportionalität von 1/r zu R² gilt natürlich nur für Bandmaterial . . . . also für z.B. Draht schon nicht so simpel zu erfassen. Wenn ich es richtig im Kopf habe, werden solche Umwickelaufgaben vom Durchhang zwischen den beiden Coils gesteuert, sogar bei Bandmaterial.

Der Tacho wird nicht von den Servos, sondern mittels einer Umlenkrolle vom Material zwischen den beiden Wickeln angetrieben.
Der Abwickel arbeitet unabhängig davon über einen Federarm und Potentiometer.

Reinhard

[RP6conrad]

Was sie erstellt haben ist eine reine P-regelung. Das bedeutet die Abwickeler lauft schneller als iher Bandgesschwindigkeit steigt, aber rein proportional. Bei so eine Regelung hasst du immer eine "Restfehler" wie du auch feststellt in der Praxis. Losung hier ist eine PI-Regler nutzen. Das I-Anteil sorgt dafur das die Restfehler nach 0 geht.
An sich bedeutet das nur das die ist-geschwindigkeit jeden feste Zeit verglichen wird mit den Soll-speed. Die Fehler wird dan immer addiert und das ganse geht dan mit in der ansteurung von Abwickler.
Eine I-regelung kansst du auch mit OPV machen (Condensator aufladen). Siehe auch RN-Wissen : PID-regelung.

[021aet04]

Normalerweiße baut man solche Linien mit einem Tänzer oder der Zugspannung auf. Wie sieht der Aufbau aus? Größe, was wird umgerollt (Stärke, Material,....),....

Ist das jetzt nur ein Versuchsaufbau und wird dieser später größer gebaut oder bleibt die Größe so? Wie teuer darf es werden?

MfG Hannes

[Reinhard]

Erstmal Danke an alle die mir hier helfen.



Die Beschreibung ist ein bischen schwierig, da ich Rückschlüsse auf die eigentliche Anwendung vermeiden muss (Ist aber kein Atomkraftwerk, oder ICE ).



Die vollen Rollen haben ca. 60cm Durchmesser, wiegen ca. 12kg und haben eine Materiallänge von ca. 1500m. Zielzeiten sind unter 2min. Es müssen aber auch kleinere Rollen gewickelt werden. Zwischendurch muss auch noch angehalten und wieder beschleunigt werden können.

Das ganze funktioniert ja schon eine Weile. Dazu wird eine Rampe auf den Aufwickel gegeben. Die Reduzierung der Drehzahl mit größer werdenden Durchmesser erfolgt durch die Tachospannung des Abwickels. Auf der Abwickelseite sitzt ein Federarm mit Poti, welches den Abwickelmotor steuert. Durch diese Anordnung ändert sich ständig die Materialgeschwindigkeit. Ziel ist die Umrollzeit zu reduzieren und mit dem Material schonender umzugehen.

Meine Idee war nun die Materialgeschwindigkeit mit einem Tachogenerator an der Umlenkrolle als IST zu erfassen und mit dem Soll (PWM) zu vergleichen und so die Geschwindigkeit konstant zu halten. Mit dem schon beschriebenen Ergebnis. Als zweiten Schritt wollte ich dann das Tachosignal der Abwickelseite auf den AD Wandler des Mega88 geben und per PWM das Aufwickelsoll reduzieren um die max. Drehzahl auf der Abwickelseite nicht zu überschreiten. Zum Rollenende kommt der nämlich nicht mehr hinterher und zieht den Federarm gegen den Anschlag.


Ich habe jetzt ein Modell zum Basteln zur Verfügung. Insgesamt sind dann 5 Stück umzubauen.

Es darf auch etwas kosten. Die Servoverstärker (4 Quadranten, getaktet) und die mechan. Anordung sind gegeben. Mechanisch sind Umbauten (Tänzerrolle) nicht möglich, da die Rollen sehr dicht nebeneinander liegen.

Der Rest muß durch die Steuerung erledigt werden.

Einen Integralteil zuzugeben (PD-Regler lt. RN-Wissen) hatte ich auch mal versucht. Mit deprimierenden Ergebnissen: Der Aufwickelmotor schwankte stark in seiner Geschwindigket, so dass ich mir Sorgen um die Mechanik machen musste. Ist sicher optimierungsfähig, aber ich habe dazu leider gar keine Erfahrungen, außer der Methode de unbekümmerten Probierens (MUP).

Ich hatte schon überlegt, ob die Erfassung des Rollendurchmessers mittels Sharp Distansensor weiterhilft.

Leider muss ich das alles neben meiner eigentlichen Arbeit machen, so dass "schell mal" hier und da probieren auch nicht einfach ist. Deshalb ja auch mein Hilferuf hier.



Reinhard

[ranke]

Wie RP6conrad schon richtig gesagt hat, hast Du einen P-Regler mit bleibender Sollwertabweichung gebaut. Diese kann man beim reinen P-Regler nicht vermeiden, aber durch Erhöhen der Regelverstärkung minimieren. Die Grenze ist die Stabilität des Regelkreises, zu hohe Verstärkungen bringen den Regler zum Schwingen. Ich würde deshalb erstmal versuchen die Grenzen der Regelverstärkung auszuloten, möglicherweise ist die Sollwertabweichung dann akzeptabel gering. Weil Du ein Modell zum Basteln hast, ist das ohne großen Aufwand experimentell zu machen.

[oberallgeier]

... ca. 1500m ... unter 2min ... Umrollzeit ... reduzieren und ... Material schonender ...

Na ja, Kernkraftwerke wickeln nicht soooo viel um und bei ICEs hab ich so etwas auch noch nie gesehen. Auch aus regelrechten Störfallbetrieben kenne ich so etwas nicht. (0,2 mm Materialdicke - hmmmmm - grübel - klingt nach ner kleinen Papiermaschine für 50-€-Scheine).

2 Minuten für 1500 m gibt theoretisch 12,5 m/s bzw. 45 kmh. Mit An- und Abfahren müsste man also 15 bis 20 m/s anpeilen.

Für Deine Zielvorgabe "Materialschonung" dürfte ein guter Bandspeicher sinnvoll sein.

................Bild hier  

Mit dieser Vorrichtung schaffst Du mehrere Punkte.
i Puffer für Fehlanpassungen bei Geschwindigkeitsänderungen am Ab- ("B") oder Aufwickel ("U").
ii Auslenkung Bandspeicher dient als Information über die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen B und U.
iii U brächte die Führungsgrösse fürs System, könnte ein hohes / maximales Tempo vorgeben.
iv Die Regelaufgabe wird sehr einfach (Regelung über Auslenkung des Bandspeichers)
v Bremsvorgänge werden handhabbar(er).
vi Die gesamte Einrichtung ist weitgehend entkoppelt von den Wickeldurchmessern - da könnte man sicher mal grössere und mal kleinere Wickel auflegen.
vii Pufferung im Bandspeicher führt zu erheblicher Materialschonung.

zu ii: Hier ist natürlich nicht nur der aktuelle Wert sondern vor Allem seine Änderungsgeschwindigkeit relevant bzw. nützlich für den Aufbau eines Regelungskonzepts. Die Auslenkung istrecht einfach zu erfassen, hier ist eine Messung im Millimeterbereich sicherlich ausreichend wenn nicht sogar unnötig fein.

Gerade bei Bremsvorgängen sehe erhebliche Probleme bei der Materialbeanspruchung, aber auch beim Anfahren müssen natürlich die Drehzahlrampen der Wickel geregelt werden - das wird eine hübsche Aufgabe - irgendwo an der dritten oder vierten Ableitung von x(t) herumzubasteln (d3x/dt³ oder VIEL hübscher d4x/dthoch4).

Einen Sharp für die Messung des Rollendurchmessers finde ich eine lustige Idee - schon die Ägypter konnten genauer messen (blos halt nicht elektronisch).

[Richard]

@oberallgeier Du kennst noch die Bandlaufwerke aus ehemaligen
Groß Rechen Zentren? Die Dinger wurden ebenfalls so gesteuert
und hatten enorme Geschwindigkeiten!

"klingt nach ner kleinen Papiermaschine für 50-€-Scheine". G*****
Da schaut der Händler aber gequält wenn der V10 R8 mit 50ger
bezahlt wird!


Gruß Richard

[oberallgeier]

... Bandlaufwerke aus ehemaligen Groß Rechen Zentren ...

Bandlaufwerke *) (au jaaaa - was für hübsche Dinger), Papiermaschinen (aber NICHT Wellpappe *ggg* - und auch kein Knäckebrot), alle möglichen Transportaufgaben für Bandmaterial werden so - schonend - gelöst.

*)"... ehemaligen Groß Rechen Zentren ... " Ich hatte mal eine Rechnung (Strömungsdynamik, iterativ aber nicht wirklich komplex) auf meinem PC gemacht - und die reine CPU-Zeit gemessen - und danach den Ausdruck der gleichen Rechnung - natürlich gleiche Randwerte und Daten - auf einer Cray Anfang 80er angesehen - - Oh heiliger Digitalus