Optimierung Geschwindigkeitsregler

Hintergrund

In Werkzeugmaschinen und Produktionsanlagen werden die relativen Bewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück durch Vorschubantriebe erzeugt. Vorschubgeschwindigkeit und erreichbare Genauigkeit sind hierbei konträre Ziele. Das dynamische Folgeverhalten beeinflusst die Qualität des zu fertigenden Werkstücks sowie die Bearbeitungsdauer und hat damit einen wesentlichen Einfluss auf die Produktivität von modernen Fertigungseinrichtungen.

Um darüber hinaus die Nebenzeiten zu verkürzen und die Produktivität weiter zu steigern, werden in aller Regel hohe Eilganggeschwindigkeiten und Beschleunigungen gefordert. Vor diesem Hintergrund ist ein Trend hin zu Antriebssystemen mit niedrigem Übersetzungsverhältnis zu erkennen. Große Spindelsteigungen, beim Einsatz von Kugelgewindetrieben beispielsweise, ermöglichen hohe Vorschubdynamik. Allerdings führt die niedrige Getriebeübersetzung zu einem ungünstigeren Verhältnis der Trägheitsmomente zwischen Antrieb und Abtrieb, was sich negativ auf die Störsteifigkeit und die Regelbarkeit auswirkt.



Zielsetzung

Im Rahmen des Forschungsprojekts soll eine Erweiterung der klassischen Kaskadenregelung für Vorschubantriebe in Produktionsmaschinen erarbeitet und umgesetzt werden, welche eine verbesserte Regelgüte bietet, sobald die abtriebsseitige die antriebsseitige Masse deutlich übersteigt.



Lösung

Das neue entwickelte Regelverfahren kombiniert einen schwach eingestellten Drehzahlregler mit einem zusätzlichen Geschwindigkeitsregelkreis der abtriebsseitigen Istgeschwindigkeit. Die erste mechanische Eigenschwingung, welche in den meisten Fällen die Bandbreite des lagegeregelten Antriebssystems beschränkt, wird durch den schwach eingestellten Drehzahlregler des Motors gedämpft. Der übergeordnete Geschwindigkeitsregelkreis mit der Rückführung der abtriebsseitigen Istgeschwindigkeit bewirkt wiederum eine Phasen- und Amplitudenanhebung im relevanten Frequenzbereich, so dass sich letztlich eine höhere Bandbreite und ein verbessertes Regelverhalten unter Nutzung der vorhandenen Sensorik erreichen lässt. Die ersten messtechnischen Untersuchungen zeigen die Auswirkung des entwickelten Regelverfahren.