Elektromotor Position regeln

[Jasmin N. (Firma: Keine Angabe) (jasmin_89)]

Hallo,

ich beschäftige mich gerade mit der Positionsregelung eines 
Elektromotors.
Dabei finde ich in den Lehrbüchern, dass eine Kaskadenregelung zum 
Einsatz kommt. Hier ist es recht anschaulich visualisiert: 
http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/dcmotpos0.html

Auf YouTube gibt es jedoch mehrere Videos die eine Positionsregelung 
eines Elektromotors ohne so einer Kaskadenregelung betreiben. Dort wird 
ein PID-Regler mit einem einfachen Regelkreis verwendet: 
https://www.youtube.com/watch?v=-P-6bMbQh1E

Meine Frage ist nur in welcher Hinsicht sich die Kaskadenregelung im 
Gegensatz zur "einfachen Regelung" unterscheiden. Ich kann mir 
vorstellen, dass die Kaskadenregelung sehr viel Präziser ist.

Wir für eine Positionsregelung in der Industrie meistens so eine 
Kaskadenregelung verwendet?

Danke!

[Patrick C. (pcrom)]

Ich verstehe deine Frage nicht. Beide beipielen sind PI(D) reglungen.
Vergess das wort Kaskadenreglung, damit meint jeder etwas anders.

[Michael B. (laberkopp)]

Jasmin N. schrieb:
> . Ich kann mir vorstellen, dass die Kaskadenregelung sehr viel Präziser
> ist.

Präzision nicht unbedingt, die hängt eher vom Encoder ab, aber die 
Schnelligkeit der Ausregelung ist besser.

> Wir für eine Positionsregelung in der Industrie meistens so eine
> Kaskadenregelung verwendet

Ja, da sitzen Profis die Fertiggeräte einsetzen.

[Oschmid (oschmid)]

Kaskade:
1: Strom wird geregelt
2: Geschwindigkeit wird geregelt
3: Position wird geregelt

[Lisa P. (lisapraline)]

Jasmin N. schrieb:
> Meine Frage ist nur in welcher Hinsicht sich die Kaskadenregelung im
> Gegensatz zur "einfachen Regelung" unterscheiden. Ich kann mir
> vorstellen, dass die Kaskadenregelung sehr viel Präziser ist.

Die Kaskadenregelung ist schneller (wenn man es richtig macht) und du 
erzielst damit ein besseres Regelverhalten.

> Wir für eine Positionsregelung in der Industrie meistens so eine
> Kaskadenregelung verwendet?
>
> Danke!

Bei höheren Anforderungen verwendet man heute Drehfeldantriebe. Die 
Regelung erfolgt in viele Fällen mittels Feldorientierung (rotierendes 
Koordinatensystem, welches eine Achse am z.B. Rotorflusszeiger 
ausrichtet). Tatsächlich wird auch hier oft eine Kaskadenregelung 
aufgebaut. Gebürstete Motoren werden bei hohen Anforderungen schon lange 
nicht mehr eingesetzt.

Alles um PID ist in der Industrie ziemlich populär, weil es 
verhältnismäßig einfach ist und auch günstig zu realisieren. Wenn das 
Regelungsergebnis ausreichend ist, dann wird PID gemacht. Da auch das 
KnowHow rund um Regelungstechnik in vielen Unternehmen fehlt muss man 
sich mit einfachen Mitteln behelfen. Sprich: Es bleibt oft bei einem 
linearen Regler im Frequenzbereich, weil die Leute auch nicht viel mehr 
können.

[Vanye R. (vanye_rijan)]

Man koennte noch hinzufuegen das es dir ein Kaskadenregler
einfacher macht das Problem zu loesen weil du jeden der drei
oben angefuehrten Unterregler einzeln parametrieren kannst.

Ausserdem kannst du dann fuer jeden Regler getrennten Grenzwerte
festlegen. Du kannst z.B dafuer sorgen das die Geschwindigkeit
beim hinfahren auf dein Ziel nicht zu gross wird. Das sorgt
dann dafuer das in der Praxis deine Mechanik laenger haelt.
Vielleicht willst du auch manchmal besonders langsam fahren.

Oder du kannst den Strom so regeln das der Motor oder seine
Elektronik nicht ueberlastet wird.

Und dann noch ein wichtiger Punkt. Man geht ja bei solchen
Systemen davon aus das es LTI Systeme sind um dann seine
Parameter berechnen zu koennen. In der Praxis gibt es aber
oftmals interessante Abweichungen. Ein Beispiel dafuer waere
das Losbrechmoment einer komplexeren Mechanik. Deshalb findet
man dann manchmal Abweichungen vom eigentlichen Regler im
Sourcecode. Wenn du drei ueberlagerte Regler hat, dann hat
man viel mehr Moeglichkeiten da einzugreifen.

Vanye

[Rolf (audiorolf)]

Jasmin N. schrieb:
> ich beschäftige mich gerade mit der Positionsregelung eines
> Elektromotors.
Da es nur eine Sorte von Elektromotoren gibt, sollte das ein Einfaches 
sein.

Ich empfehle eine elektronische Steuerung.

Von der gibt es auch nur eine Sorte. Die kann alle Motoren abscannen.

Die original Amazon-Motor-Steuerung, findet heraus, ob es ein Haupt- 
oder Nebenschluss-Motor ist, ob er asynchron, oder synchron betrieben 
wird, wieviel Bürsten er hat und wieviele Pole. Dann schaltet sie die 
Ausgänge passend um und appliziert die Phasen mit den richtigen 
Spannungen, inklusdiert aller möglichen Wellenformen, bis flat top.

Dabei rechnet sie online den maximalen Strom aus und beachtet alle 
Normen und Betriebsbereiche.

Wenn man sie bei Amazon-Drive kauft, moduliert sie den Motor noch so, 
dass das zuckelnde Elektofeld einen niederfrequenten Gleichstrom in nahe 
umliegenden Kabeln versacht, dass damit ein Handy, wie ihr es in DE 
nennt, geladen werden kann, ohne den Stecker irgendwo einzupluggen.

Schönes Wochenende

[Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)]

Jasmin N. schrieb:
> ich beschäftige mich gerade mit der Positionsregelung eines
> Elektromotors.

"akademisch" in Form von irgendwelchen theoretischen Konzepten, oder 
"praktisch"?

Positions-
Was genau soll denn mit der "Position" geregelt werden? Ein Motor ist 
etwas rotierendes. Er kann z.B. einen Roboter-Arm mittels mechanischer 
Umsetzung "rotatorisch" in "translatorisch" an eine bestimmte Position 
verfahren. Wass passiert, wenn diese Position erreicht wird? Wir dann 
erwartet, dass der Motor oder die daran hängende Mechanik genau in 
dieser Position verbleibt? Wie ist das sichergestellt?

Regelung
"Regelung" bedeutet, dass ein Sollwert mit einem Istwert verglichen 
wird, und solange verfahren wird, bist der Istwert erreicht wird. Gibt 
es keinen Istwert, dann ist es eine "Steuerung". Was genau ist also dein 
Positions-Istwert-Aufnehmer?

Zur Regelung gehört auch noch die Frage, mit welcher Beschleunigungs- 
bzw. Abbremsungs-Geschwindigkeit verfahren werden soll. Gegebenenfalls 
darf z.B. nicht aus einer "vollen Bewegung" heraus plötzlich "die 
Bremse" betätigt werden, weil es sonst irgendwas beschädigt, z.B. ein 
Getriebe.

--> beschreibe besser das "Problem", und nicht die vermeintliche 
"Lösung".

[Udo S. (urschmitt)]

Eine "einfache" Positionsregelung funktioniert nur unter sehr begrenzten 
Umständen.
1. Man kann einen Motor nicht beliebig hoch bestromen.
2. Je nach angetriebenem Trägheitsmoment kann ein Motor nicht beliebig 
schnell abbremsen.

Also benötigt man einen Stromregelkreis um den Motor nicht zu überlasten
Also benötigt man einen Geschwindigkeits-regelkreis um rechtzeitig die 
Anfahrgeschwindigkeit herunterzusetzen.
Eine Kleinstmotor mit einem Schneckengetriebe ohne Last kann man auch 
mit nur einem "Einfachregelkreis" betreiben.

Einen Servo-Motor der einen schweren Robotarm zügig bewegt nicht.

[Katrin I. (Gast)]

Udo S. schrieb:
> um rechtzeitig die
> Anfahrgeschwindigkeit herunterzusetzen.
die Bschleunigung ist das, was geregelt werden muss.

[Kai D. (Firma: CAD- und CAE-Konstruktion) (robokai)]

Katrin I. schrieb:
> Udo S. schrieb:
>> um rechtzeitig die
>> Anfahrgeschwindigkeit herunterzusetzen.
> die Bschleunigung ist das, was geregelt werden muss.

Da wird man aber auch die Position benötigen, oder wenigstens die 
Drehzahl (besser beides) und dann eine Beschleunigung berechnen müssen.