Verfahren und Einrichtung zur Wegregelung eines Positionier-antriebes, insbesondere für Aufzugsanlagen

Abstract

 Mit diesem Verfahren kann das Führungsverhalten weggeregelter Positionierantriebe, sowie deren Positionierverhalten im Zielbereiche verbessert werden, auch wenn von Fahrt zu Fahrt unterschiedliche Störungen, wie z.B. sich ändernde Last- und Reibungsverhältnisse, auf den Positionierantrieb einwirken. Hierzu wird die Wegregelung periodisch auf einen konstanten Satz normierter Betriebsparameter optimiert und die durch Störungen verursachten Positionsfehler bei jeder Fahrt eliminiert. Zur periodischen Optimierung der Wegregelung ist dieselbe als Kaskadenregelung (KR) ausgebildet und durch direkte Vorgabe der geführten Sollwerte des Ruckes (R_S), der Beschleunigung (B_S) sowie der Geschwindigkeit (V_S) vierfach vorwärts korrigiert. Zur Elimination störungsbedingter Positionsfehler wird zwischen vorhersagbaren, deterministischen Störungen und nicht vorhersagbaren stochastischen Störungen unterschieden. Deterministische Störungen werden durch einen Anlauftest während der ersten Ruckphase im Messwerk (29) quantitativ erfasst und daraus im Funktionsgenerator (30) ein Kompensationssignal (K) gebildet, das den entsprechenden Positionsfehler bis Fahrtende vollständig kompensiert. Stochastische Positionsfehler werden im Integrierverstärker (13.3) bis Fahrtende ausgeregelt. Für einen raschen Wiederanlauf nach einem fehlerhaften Halt im Zielbereiche wird der verbliebene Rest-Weg-Regelfehler (ΔS_FR) im Weg-Regelfehler-Vervielfacher (35) kurzzeitig überhöht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wegregelung eines Positionierantriebes mit Kaskadenstruktur, wobei durch Vorgabe eines entsprechenden Ruckmusters und durch eine dreifache zeitliche Integration desselben eine Führung des Weg-Sollwertes S_S sowie der den unterlagerten Geschwindigkeits- und Ankerstromregelkreisen zur Vorwärtskorrektur direkt vorgegebenen Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Sollwerte V_S bzw. B_S erfolgt. Mit solchen Regelungen soll das dynamische Verhalten eines Positionierantriebes verbessert werden, damit die Ist-Fahrkurven den vorgegebenen, optimalen Soll-Fahrkurven besser zu folgen vermögen. Eine vorgewählte Position kann dann optimal, d.h. unter Einhaltung und bestmöglicher Ausnützung der durch die Soll-Fahrkurven vorgegebenen Bedingungen angefahren werden.

[0002] Von Positionierantrieben wird verlangt, dass sie jede gewünschte Position unter Einhaltung vorgegebener Bedingungen anfahren können. Zuweilen besteht die Bedingung darin, dass das Toleranzfeld für Positioniergenauigkeit und Einlaufgeschwindigkeit sehr eng ist oder dass die Zielposition überschwingungesfrei erreicht werden muss. Häufig soll der Positioniervorgang aber auch in minimal möglicher Zeit abgeschlossen sein, wobei anlagenspezifische Grenzwerte für Ruck, Beschleunigung, Verzögerung und Geschwindigkeit eingehalten werden müssen. Es kann aber auch die Forderung nach minimaler Verlustenergie gestellt werden. In allen diesen Fällen kommt der Regelungseinrichtung sowie der entsprechenden, als Führungsgrösse auf sie einwirkenden Soll-Fahrkurve zentrale Bedeutung zu.

[0003] So sind aus der DE-OS 30 01 778 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wegregelung eines Positionierantriebes bekannt geworden, wobei ein Führungsgrössengeber vorgesehen ist, dessen Soll-Fahrkurven auf eine Kaskadenregelung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 wirken. Im Führungsgrössengeber werden unter dreifacher zeitlicher Integration von Ruckwerten Führungswerte für den Weg-Sollwert gebildet. Für die Beschleunigung, d.h. für das Zeitintegral des Ruckes, ist dabei ein auf den Maximalruck begrenzter Hochlaufregler vorgesehen, dessen Sollwert bei kleinen Verfahrwegen restwegabhängig und bei grösseren Verfahrwegen geschwindigkeitsabhängig verändert wird. Die ermittelten Sollwerte für Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung werden der Kaskadenregelung vorgegeben, wobei die Geschwindigkeits- und Beschleunigungssollwerte, im Sinne einer Vorwärtskorrektur, direkt auf die unterlagerten Geschwindigkeits- bzw. Ankerstromregler geführt sind. Da nach diesem Verfahren der Beschleunigungs-Sollwert bei kleinen Verfahrwegen restwegabhängig geführt ist stellt sich das Problem der genauen Bestimmung des Restweges. Dieser wird im vorliegenden Falle nicht nur zu Beginn eines jeden Verfahrweges, sondern auch laufend, als Differenz zwischen der vorgegebenen Zielposition und dem vom Führungsgrössengeber ermittelten Weg-Sollwert bestimmt. Diese Restwegbestimmung setzt also voraus, dass der Weg-Istwert den jeweiligen Veränderungen des Weg-Sollwertes ohne nennenswerten Schleppfehler zu folgen vermag. Ist dies nicht gewährleistet, werden die gebildeten Soll-Fahrkurven, wegen der ihnen zugrunde liegenden Ungenauigkeit bei der Restwegbestimmung nicht optimal sein, so dass der letzte Teil der Fahrstrecke allenfalls mit Schleichgeschwindigkeit durchfahren werden muss, damit entstandene Regelfehler ausgeglichen werden können. Zur Bildung einer optimalen Fahrkurve ist demnach ein gutes Führungsverhalten der Kaskadenregelung unerlässlich.
Aber auch im Falle, dass optimale z.B. von bekannten Fahrkurvenrechnern aus eingegebenen Daten und vorgegebenen Zielen berechnete Soll-Fahrkurven zur Verfügung stehen, ergibt sich nur dann eine optimale Fahrt, wenn der Weg-Istwert dem Weg-Sollwert jederzeit zu folgen vermag, d.h. wenn die Regeleinrichtung einen minimalen Wegregelfehler aufweist.

[0004] Diesbezüglich hat sich nun gezeigt, dass die in DE-OS 30 01 718 dargestellte Verwendung von unterlagerten Geschwindigkeits- und Ankerstromregelkreisen sowie deren Vorwärtskorrektur durch entsprechende Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Sollwerte oft nicht ausreicht, um die Führungsgenauigkeit zu gewährleisten, die bei hochwertigen Positionieranlagen, z.B. als Folge der hohen Haltegenauigkeit, notwendig ist. Dies insbesondere wegen den oft massiven Belastungsänderungen, die von Fahrt zu Fahrt als Störungen auf eine Positionieranlage einwirken können. Daraus ergibt sich als weiterer Nachteil, dass solche geregelten Antriebe oft überdimensioniert werden müssen um auch im ungünstigsten Lastfalle noch präzise dem Sollwert folgen zu können. Offensichtlich ist dadurch deren Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

[0005] Dementsprechend ist es die Aufgabe der antragsgemässen Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verfügung zu stellen, um bei weggeregelten Positionierantrieben ein verbessertes Führungsverhalten zu gewährleisten, so dass der Weg-Istwert laufend mit hoher Genauigkeit dem vorgegebenen Weg-Sollwert zu folgen vermag. Diese hohe Führungsgenauigkeit soll insbesondere auch dann gewährleistet sein, wenn von Fahrt zu Fahrt, unterschiedliche Störungen auf den Positionierantrieb einwirken oder wenn im Bereiche eines Zielpunktes, nach einem Halt, eine Wegkorrektur vorgenommen werden muss.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss mit den Mitteln, wie sie in den Fassungen der unabhängigen Patentansprüche gekennzeichnet sind. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0006] Darüber hinaus weisen Verfahren und Einrichtung, die mit diesen Mitteln gestaltet sind, noch folgende Vorteile für Positionierantriebe auf:

[0007] Ein erster Vorteil ergibt sich aus dem Umstande, dass durch Verwendung von aus mehrfacher Integration entstandenen Führungsgrössen keine zusätzlichen Fehler entstehen. Dies wäre jedoch in erheblichem Masse der Fall, wenn die Zwischen-Führungsgrössen durch mehrfache Differentiation des Weg-Sollwertes gebildet würden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass alle geregelten Teilsysteme sehr genau und nahezu unverzögert den vorgegebenen Führungsgrössen folgen. Auch hat sich gezeigt, dass das Führungsverhalten der Regelung weitgehend unabhängig ist von den Verstärkungsfaktoren der Regler und von den Parameterwertänderungen der Regelstrecke.

[0008] Die Erfindung ist im folgenden anhand der Beschreibung sowie der Zeichnung in ihrer Anwendung beim Betrieb einer Aufzugsanlage näher erläutert, doch ist die hier gezeigte Einrichtung allgemein anwendbar, wenn es darum geht mit einem geregelten Antrieb eine Position präzise anzufahren. In der lediglich dieses Anwendungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Disposition und prinzipieller Aufbau des weggeregelten Positionierantriebes in einer Aufzugsanlage,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemässen Kaskaden-Regelung gemäss Fig. 1,

Fig. 3a eine Darstellung der Verhältnisse beim Optimieren des Führungsverhaltens der Kaskaden-Regelung bezüglich der Standard-Regelstrecke; mit den geführten Soll-Fahrkurven zur Wegvorgabe sowie zur vierfachen Vorwärtskorrektur,

Fig. 3b eine Darstellung der Verhältnisse gemäss Fig. 3a mit den Fahrdiagrammen für noch nicht-optimiertes Führungsverhalten bei Vorwärtskorrektur durch V und B nur,

Fig. 3c eine Darstellung der Verhältnisse gemäss Fig. 3a mit den Fahrdiagrammen für optimiertes Führungsverhalten bei Vorwärtskorrektur durch V-KV, B, R und V-KU,

Fig. 4a eine Darstellung der Verhältnisse beim Eliminieren von Störeinflüssen auf das Führungsverhalten der Kaskaden-Regelung, mit den Fahrdiagrammen bei einer deterministischen Störbeeinflussung (Lastmessfehler ΔLM) und bei stochastischen Störbeeinflussungen,

Fig. 4b die Fahrdiagramme gemäss Fig. 4a, aber bei Kompensation der deterministischen Störbeeinflussung ΔLM,

Fig. 4c die Fahrdiagramme gemäss Fig. 4a, aber bei gleichzeitiger Kompensation der deterministischen Störbeeinflussung ΔLM und Ausregelung der stochastischen Störbeeinflussungen,

Fig. 5 eine Darstellung der Verhältnisse beim raschen Wiederanlauf nach einem Halt.

[0009] Im Anwendungsbeispiel der Fig. 1 besteht der geregelte Positionierantrieb aus einer Kaskaden-Regelung KR und einer nachgeschalteten, als Aufzugsantrieb ausgebildeten Regelstrecke RS. In einem Führungsgrössen-Geber FG werden die Sollwerte der Regelgrössen gebildet und der Kaskaden-Regelung KR als geführte Sollwerte R_S; B_S; V_S; S_S zur Verfügung gestellt. Die Kaskaden-Regelung KR enthält alle Merkmale der Erfindung und wird deshalb nachfolgend in Fig. 2 detaillierter dargestellt. In der den Aufzugsantrieb enthaltenden Regelstrecke RS ist ein Elektromotor 1 mit einer Treibscheibe 2 gekoppelt wodurch in gewohnter Weise mit einem Seilzug 3 und einem Gegengewicht 4 eine Kabine 5 in einem Aufzugsschacht 6 verfahrbar ist. Der dem Elektromotor 1 zugeführte Ankerstrom IA wird über ein Stellglied 7 in der Kaskaden-Regelung KR geregelt und mittels eines im Ankerstromkreis angeordneten Stromwandlers 8 als Strom-Istwert IA_i dem überlagerten Stromregler 9 zugeführt. In gleicher Weise ist dem Stromregler 9 ein Geschwindigkeitsregler 10 überlagert, der seinen Geschwindigkeits-Istwert V_i von einem mit dem Elektromotor 1 gekoppelten Tachogenerator 12 bezieht. Ferner ist dem Geschwindigkeitsregler 10 ein Wegregler 13 überlagert, der seinen Weg-Istwert S_i von einem durch die Kabine 5 angetriebenen Weggeber 14 bezieht. Weiter sind den unterlagerten Regelkreisen sowie dem Stellglied 7 im Sinne einer Vorwärtskorrektur, die geführten Sollwerte V_S; B_S und R_S als Korrekturgrössen direkt vorgegeben. Das an sich bekannte Prinzip der unterlagerten Regelkreise sowie deren Vorwärtskorrektur durch direkte Vorgabe der entsprechenden Führungsgrössen stellt ein leistungsfähiges Hilfsmittel dar zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens von geregelten Systemen. Im Führungsgrössengeber FG werden durch dreifache zeitliche Integration eines Ruckmusters R_M mittels der Integratoren 15, 16, 17 Weg-Sollwerte gebildet und der Kaskaden-Regelung KR als geführten Weg-Sollwert S_S zur Verfügung gestellt. Als Zwischengrössen dieser dreifachen zeitlichen Integration fallen Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Sollwerte an, die zusammen mit dem ihnen zugrunde liegenden Ruckmuster R_M im Sinne einer Vorwärtskorrektur als geführte Sollwerte V_S; B_S; R_S in die Kaskaden-Regelung KR eingegeben werden. Durch die Ablaufsteuerung AS sind die Funktionsabläufe im Führungsgrössengeber FG und in der Kaskaden-Regelung KR koordiniert.

[0010] Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Kaskaden-Regelung KR, das detailliert gehalten ist, weil darin alle kennzeichnenden Merkmale der Erfindung enthalten sind. Vorerst seien Verfahren und Einrichtung beschrieben, die zur Optimierung des Führungsverhaltens der Regelung bezüglich der Standard-Regelstrecke SR dienen, nämlich die vierfache Vorwärtskorrektur der Kaskaden-Regelung KR. Zur Standardisierung der Regelstrecke ist ihren Parametern (P₁, P₂....P_n) ein normierter Wertesatz (W₁, W₂....W_n) zugrunde gelegt. Zuäusserst in der Kaskadenstruktur ist ein Weg-Regelkreis angeordnet, mit S-Vergleicher 19 und S-Regler 13. Der S-Regler 13 besteht aus einem Proportionalverstärker 13.1 dem über den Schalter 13.2 ein Integrierverstärker 13.3 parallelgeschaltet werden kann. Dem Weg-Regelkreis ist ein Geschwindigkeits-Regelkreis mit V-Vergleicher 20 und V-Regler 10 unterlagert und diesem weiter ein Strom-Regelkreis mit IA-Vergleicher 21 und IA-Regler 9. Das Stellglied 7 kann als statischer oder rotierender Umformer ausgebildet sein oder aus einem unterlagerten Spannungsregelkreis bestehen. Diese Kaskaden-Regelung KR ist vorwärtskorrigiert, d.h. die geführten Sollwerte V_S, B_S und R_S sind den beiden unterlagerten Regelkreisen und dem Stellglied 7 unter Berücksichtigung von geeigneten Massstabsfaktoren direkt vorgegeben, nämlich: der geführte V-Sollwert V_S sowohl dem V-Regler 10 über das erste V-Korrekturglied 22 als auch dem Stellglied 7 über das zweite V-Korrekturglied 26; der geführte B-Sollwert B_S zusammen mit dem geführten R-Sollwert R_S, dem IA-Regler 9 über das B-Korrekturglied 24 bzw. das R-Korrekturglied 25. Den Korrekturgliedern 22, 24, 25, 26 sind die Masstabsfaktoren KV bzw. KB bzw. KR bzw. KU zugeordnet. Als Folge erhält jeder Regelkreis direkt, unverzögert und exakt die zugehörige vom Führungsgrössen-Geber FG erzeugte Führungsgrösse, d.h. die vom jeweils überlagerten Regler zu liefernde Ausgangsgrösse muss nicht mehr gleich der Rückführgrösse des zugehörigen Istwertsignales sein, um den Regelfehler des unterlagerten Regelkreises auf Null auszuregeln. Als nächstes seien die Schaltmittel erwähnt, mit denen die Weg-Regelfehler ΔS_F eliminiert werden, welche sich aus den auf die Standard-Regelstrecke SR einwirkenden deterministischen und stochastischen Störungen ergeben. Von deterministischen Störungen herrührende Weg-Regelfehler ΔS_FD gelangen in das Messwerk 29 wo zu deren quantitativen Erfassung ein entsprechender Messwert gebildet und abgespeichert wird. Dabei werden Weg-Regelfehler, die über eine Fahrt selbstausgleichend sind, z.B. als Folge der dynamischen Seildehnung, im Rechenwerk 31 berechnet und im Differenzverstärker 32 vom Weg-Istwert S_i subtrahiert. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Messwerk 29 ein Integrator, der in der Anlaufphase jeder Fahrt für eine bestimmte Zeitdauer von der Ablaufsteuerung AS aktiviert wird. Weiter dienen die vom Messwerk 29 ermittelten Messwerte als Eingangsgrössen für einen Funktionsgenerator 30 dessen Ausgangssignal über den Summierpunkt 23 auf den IA-Vergleicher 21 am Eingang des IA-Reglers 9 geführt ist. Durch stochastische Störungen verursachte Weg-Regelfehler ΔS_FS gelangen über den Weg-Regelfehler-Vervielfacher 35 in den S-Regler 13 und damit in den Proportionalverstärker 13.1 und in den durch den Schalter 13.2 zuschaltbaren Integrierverstärker 13.3. Es verbleiben noch die Schaltmittel für einen raschen Wiederanlauf nach einem Halt. Hierzu dient der Weg-Regelfehler-Vervielfacher 35 zwischen dem Vergleicher 19 und dem S-Regler 13. Er besitzt einen Vervielfachungsfaktor m, der zum Wiederanlauf über die Eingänge 35.1 und 35.2 von der Ablaufsteuerung AS bzw. von dem als Bewegungsdetektor dienenden Tachogenerator 12 steuerbar ist: von der Ablaufsteuerung AS vor Bewegungsbeginn auf einen Wert >1, vom Tachogenerator 12 bei Bewegungsbeginn wieder zurück auf den Wert 1.

[0011] Die Figuren 3, 4 und 5 zeigen Diagramme, die Wesen und Funktion der antragsgemässen Regeleinrichtung verdeutlichen. Daraus ist ersichtlich, dass das Führungsverhalten einer Wegregelung in dreifacher Weise verbessert wird, nämlich: durch vierfache Vorwärtskorrektur der Kaskaden-Regelung KR (Fig. 3), durch Elimination der störungsbedingten Weg-Regelfehler ΔS_F (Fig. 4), sowie durch raschen Wiederanlauf nach einem Halt (Fig. 5). Fig. 3a enthält die Soll-Fahrkurven, wie sie durch Integration auseinander hervorgehen und zur Vorwärtskorrektur der Kaskaden-Regelung KR dienen, nämlich: der geführte Ruck-Sollwert R_S, der geführte Beschleunigungs-Sollwert B_S, der geführte Geschwindigkeits-Sollwert V_S sowie der geführte Weg-Sollwert S_S. Deutlich zu erkennen sind die Phasen konstanten Ruckes R₁, R₂, R₃, R₄ und konstanter Beschleunigung B₁, B₂. Die Figuren 3b und 3c zeigen die den vorgenannten Soll-Fahrkurven entsprechenden Ist-Fahrkurven für den Anker-Strom IA_i, die Geschwindigkeit V_i und den Weg-Regelfehler ΔS_F ; in Fig. 3b bei der bekannten Vorwärtskorrektur durch Geschwindigkeit und Beschleunigung, in Fig. 3c für den Fall, dass erfindungsgemäss zusätzlich noch der Ankerstromregler 9 durch den geführten Ruck-Sollwert R_S und das Stellglied 7 durch den geführten Geschwindigkeits-Sollwert V_S vorwärts korrigiert sind.

[0012] Den Figuren 4a, 4b und 4c sind Störbeeinflussungen zugrunde gelegt, nämlich: eine deterministische Störung in Form eines Lastmessfehlers ΔLM sowie nicht weiter dargestellte stochastische Störungen. Der dadurch verursachte Weg-Regelfehler ΔS_F kommt in Fig. 4a voll zur Geltung und schwingt schwach-gedämpft auf ca. 60 Wegeinheiten im Zielpunkt ein. In Fig. 4b ist der deterministische Lastmessfehler ΔLM ab Ende der ersten Ruckphase R₁ durch ein Kompensationssignal K kompensiert. Hierzu wird als Anlauftest der Weg-Regelfehler ΔS_F während der ersten Ruckphase zum Fehlersignal I aufintegriert und diesem im Funktionsgenerator 30 ein entsprechendes Kompensationssignal K zugeordnet. Das Kompensationssignal K besteht aus einem rampenförmigen Anstieg 33 und einem Konstantteil 34. Durch diese Kompensation wird der Weg-Regelfehler ΔS_F gegen den Zielpunkt hin deutlich, wenn auch nicht vollständig, reduziert. In Fig. 4c ist nach Beendigung der ersten Ruckphase R₁, neben dem Kompensationssignal noch zusätzlich der Integrierverstärker 13.3 zugeschaltet, der alle noch verbleibenden Weg-Regelfehler ΔS_F, insbesondere die stochastischen Weg-Regelfehler ΔS_FS, ausregelt. Als Folge beider Massnahmen, nämlich Kompensation und Ausregelung ist der störungsbedingte Weg-Regelfehler ΔS_F im Zielpunkt vollständig eliminiert.

[0013] Aus Fig. 5 ist ersichtlich, wie der Wiederanlauf beschleunigt werden kann, wenn trotz der genannten Massnahmen die Kabine z.B. wegen eines Rest-Weg-Regelfehlers ΔS_FR im Zeitpunkt t₁ vor einem Stockwerk zum Stillstand kommen sollte. Mit R_G und R_H sind die Gleit- und Haftreibungswerte bezeichnet, die beim Wiederanlauf von Bedeutung sind. Aus dem relativ kleinen ΔS_FR sowie der kleinen Nachstellgeschwindigkeit des Wegreglers 13 ergibt sich ein flacher Anstieg des Motordrehmomentes entsprechend dem linear angenommenen Diagramm 38, so dass der Wiederanlauf nach Erreichen der Haftreibung R_H erst im Zeitpunkt t₄ erfolgen kann und das Stockwerk erst zum Zeitpunkt t₅ erreicht ist. Die entsprechende Weg-Istfahrkurve S_i1 folgt der Weg-Sollfahrkurve S_s stark verzögert, mit der Verzögerung t₅-t₁. Eine der Weg-Sollfahrkurve S_s besser folgende Weg-Istfahrkurve ist mit S_i2 bezeichnet. Hierzu wird der Vervielfachungsfaktor m im Weg-Regelfehler-Vervielfacher 35 im Zeitpunkt t₁ auf einen Wert >1 gesetzt. Dadurch erfolgt der Anstieg des Ankerstromes IA und damit des Motordrehmomentes steiler, nämlich gemäss dem wiederum geradlinig angenommenen Diagramm 39 so dass nach Überschreiten der Haftreibung R_H Bewegung bereits im Zeitpunkt t₂ eintritt und das Stockwerk bereits im Zeitpunkt t₃ erreicht ist. Auch bei einem Wiederanlauf folgt die Weg-Istfahrkurve S_i2 also relativ gut der Weg-Sollfahrkurve S_s, mit einer Verzögerung von bloss t₃-t₁.

[0014] Zur Erläuterung der Funktionsweise des Positionierantriebes sei auf die Figuren 1 bis 5 hingewiesen und von den Verfahrensschritten ausgegangen, die der Erfindung zugrunde liegen. Dabei ist angenommen, dass die erfindungsgemässe Neuerung dem Betrieb einer Aufzugsanlage dient, bei der eine Kabine in gewohnter Weise zwischen Stockwerken verfahrbar ist. Demnach besteht die Funktion der Regeleinrichtung darin, die Position der Kabine nach einer vom Führungsgrössengeber FG vorgegebenen Weg-Zeit-Funktion zu verändern. Aus dieser zeitlichen Änderung des Weg-Sollwertes S_S dürfen sich keine wesentlichen Regelabweichungen (Lagefehler) gegenüber dem Weg-Istwert S_i ergeben, auch wenn die Betriebsbedingungen wie z.B. die Kabinenlast von Fahrt zu Fahrt ändern. Funktionell wird dies durch einen dreistufigen Ablauf erreicht: optimieren des Führungsverhaltens der Kaskaden-Regelung KR bezüglich eines normierten Wertesatzes W₁, W₂....W_n der Aufzugsparameter P₁, P₂....P_n; eliminieren von störungsbedingten Weg-Regelfehlern ΔS_F und beschleunigen des Wiederanlaufes nach einem Halt.

[0015] Zur Verbesserung des Führungsverhaltens der Regelung wird diese als erstes gemäss den Verfahrensschritten a und b als Kaskaden-Regelung KR ausgebildet und auf einen normierten Wertesatz W₁, W₂....W_n der Aufzugsparameter P₁, P₂....P_n abgestimmt. Die Wahl des normierten Wertesatzes W₁, W₂....W_n ist an sich beliebig, doch ist es vorteilhaft, ihn so zu wählen, dass er den bei normalem Aufzugsbetrieb im Mittel zu erwartenden Betriebsbedingungen entspricht. Diese werden deshalb wie folgt spezifiziert: Kabinenlast gleich 1/2 Nennlast, Lastausgleich durch Gegengewicht auf 1/2 Nennlast, volle Kompensation eines allfälligen Ungleichgewichtes sowie der Gleitreibung. Als Regelstrecke für die Kaskaden-Regelung KR basiert ein derart betriebener Aufzug auf standardisierten Betriebsbedingungen und gilt deshalb im folgenden als Standard-Regelstrecke SR. Die Regelung dieser Standard-Regelstrecke SR durch eine herkömmliche Kaskaden-Regelung KR würde zu Weg-Regelfehlern ΔS_F führen, die im wesentlichen durch die Verstärkung des Weg-Reglers 13, durch die Verstärkungen der unterlagerten Regelkreise sowie durch das dynamische Verhalten der Regelstrecke bestimmt wären. Solche Regelfehler ΔS_F können mit den bekannten Reglertypen wie PI, PD und PID sowie durch sogenannte Störgrössen-Aufschaltung in der Konfiguration nach Fig. 2 nicht hinreichend reduziert werden, weil das träge und schwach gedämpfte mechanische System nur sehr langsame Korrekturen im Wegregelkreis zulässt. Als Folge dieser Fehler ergäbe sich entweder ein Einschleichen in die Zieletage oder nach Überfahren des Zieles eine verzögerte Fahrtrichtungs-Umkehr mit nachfolgender Schleichfahrt. Erfindungsgemäss wird deshalb die Kaskaden-Regelung KR durch vierfache Vorwärtskorrektur in ihrem Führungsverhalten auf die Standard-Regelstrecke SR optimiert. Durch entsprechende Wahl der Massstabsfaktoren, KV, KA, KR und KU, welche aus den Parametern der Standard-Regelstrecke SR berechnet werden, lassen sich die vorgenannten, aus der zeitlichen Änderung des Weg-Sollwertes S_S resultierenden Weg-Regelfehler ΔS_F weitgehend reduzieren. Dabei werden die in Fig. 2 eingezeichneten Massstabsfaktoren KV, KA, KR, KU so bemessen, dass sich aus dem Produkt von Führungsgrösse mal Massstabsfaktor der jeweils ideale Sollwert für den unterlagerten Regelkreis ergibt. Nur die gleichzeitige Vorgabe von V_S, B_S und R_S kann die Regelfehler in den Unterschlaufen hinreichend reduzieren. Von besonderer Bedeutung ist dabei die erfindungsgemässe Ruckvorgabe. Sie bringt Verbesserungen dadurch, dass die durch die Trägheit des Stromregelkreises bedingten Verzögerungen genau in dem Augenblick reduziert werden, wo der Führungsgrössen-Geber FG Momentanänderungen verlangt. Dadurch wird das Stellglied 7 in die Lage versetzt, die vorgegebenen Abläufe auch wirklich in Kabinenbewegungen umzusetzen. Dies sei im folgenden am Beispiel eines Gleichstrom-Antriebes veranschaulicht. Da bei nicht feldgeschwächten Motoren die EMK weitgehend proportional der Aufzugs-Geschwindigkeit ist, kann mittels V_S und der Massstabsfaktoren KV und KU dem Hubmotor über das Stellglied 7 bzw. über einen unterlagerten Spannungsregelkreis die zur gewünschten Geschwindigkeit erforderliche Ankerspannung direkt vorgegeben werden. Um jeweils zu Beginn und Ende einer Ruck-Phase den Ankerstrom genügend rasch ändern zu können, wird ausserdem mittels R_S und dem Massstabsfaktor KR die Ausgangsspannung des Stellgliedes, über den Stromregler 9, beeinflusst. Dies ist sinngemäss ebenfalls anwendbar im Falle eines unterlagerten Spannungsregelkreises. Bei feldgeschwächten Antrieben sind die Massstabsfaktoren KR, KV und KU entsprechend der Feldschwächung anzupassen.

[0016] Mit der vorbeschriebenen Vorwärtskorrektur der Kaskaden-Regelung KR ist ihr Führungsverhalten bezüglich eines normierten Wertesatzes für die Aufzugsparameter optimiert, so dass gemäss Fig. 3c die durch rasche Änderungen der Führungsgrössen verursachten Weg-Regelfehler ΔS_F weitgehend reduziert sind. Beim Betrieb einer Aufzugsanlage kann aber nicht von einem unveränderlichen Wertesatz für die Aufzugsparameter ausgegangen werden, da im allgemeinen von Fahrt zu Fahrt unterschiedliche Betriebsbedingungen vorliegen, welche mindestens einige der Aufzugsparameterwerte verändern: dies betrifft z.B. den Lastwert und damit auch die Masse, die Lastposition, die Gleitreibung und allgemein die Daten des durch einen Aufzug dargestellten Feder-Massen-Systems. Alle diese auf die normierten Parameterwerte bezogenen Parameterwertänderungen ΔW₁, ΔW₂....ΔW_n werden im folgenden als Störungen bezeichnet. Als Folge dieser Störungen ist die durch vierfache Vorwärtskorrektur erzielte Abstimmung zwischen Kaskaden-Regelung KR und Regelstrecke RS nicht mehr optimal, was zu neuen Weg-Regelfehlern ΔS_F führt. Es gilt deshalb als nächstes, mit den erfindungsgemässen Verfahrensschritten 1c, 1d und 1e auch diese störungsbedingten von Fahrt zu Fahrt unterschiedlichen Weg-Regelfehler ΔS_F zu eliminieren. Dazu geht man von der Erkenntnis aus, dass die wesentlichen auf eine Aufzugsanlage einwirkenden regeltechnischen Störungen in dem Sinne deterministisch sind, dass sie durch einen Anlauftest quantitativ erfassbar sind und für die Dauer einer Fahrt konstant bleiben. Die verbleibenden, betragsmässig weniger bedeutsamen Störungen sind in dem Sinne stochastisch, dass sie durch einen Anlauftest nicht determinierbar sind und sich während der Dauer einer Fahrt zufallsmässig ändern können. Durch deterministische Störungen verursachte Weg-Regelfehler ΔS_FD sind demnach vorhersagbar, so dass eine entsprechende Veränderung in der Kaskaden-Regelung KR, ohne Rückführung, frei einprogrammiert werden kann. Die erfindungsgemässe vierfach vorwärtskorrigierte Kaskaden-Regelung KR ist deshalb auch als parameteradaptives Regelsystem ausgebildet, das von Fahrt zu Fahrt an die deterministischen Parameterwertänderungen selbsttätig angepasst wird. Zur Elimination störungsbedingter Weg-Regelfehler ΔS_F werden nun erfindungsgemäss die deterministischen Weg-Regelfehler ΔS_FD durch ein Kompensationssignal K kompensiert und die stochastischen Weg-Regelfehler ΔS_FS durch den Integrierverstärker 13.3 im Wegregler 13 ausgeregelt. Dieses Verfahren zur Störungsunterdrückung ist in den Fig. 4a, 4b und 4c graphisch dargestellt. Dabei ist in Fig. 4a als deterministische Störung ein Lastmessfehler ΔLM von -20% Nennlast angenommen, was einen entsprechenden Verlauf des Weg-Regelfehlers ΔS_FD zur Folge hat. Die Kabine bleibt ca. 60 Wegeinheiten d.h. ca. 30 mm vor dem Ziel stehen, weil ca. 60 Wegeinheiten benötigt werden, um den angenommenen Lastmessfehler ΔLM von 65 Ampères zu kompensieren. Fig. 4b zeigt die Kompensation dieses deterministischen Lastmessfehlers: Während dem ersten Ruck R₁, wird der Weg-Regelfehler ΔS_FD im Messwerk 29 zeitlich integriert. Dieses Integral ist mit I bezeichnet und ist ein Mass für den angenommenen Lastmessfehler ΔLM bzw. im allgemeinen Fall für alle vorhandenen deterministischen Störungen. Im Funktionsgenerator 30 wird nun ein sanft ansteigendes Kompensationssignal K mit rampenförmigem Anstieg 33 und Konstantteil 34 gebildet und auf den IA-Regler 9 zur Einwirkung gebracht, dass der über die verbleibende Fahrstrecke anfallende Weg-Regelfehler ΔS_FD vollständig kompensiert ist. Der Zusammenhang zwischen I und der Amplitude von K ist mathematisch oder empirisch herleitbar und als Funktion im Funktionsgenerator 30 gespeichert. Als Folge dieser Kompensation durch K ist der verbleibende Weg-Regelfehler ΔS_F bei Fahrtende klein und besteht im wesentlichen aus stochastischen Weg-Regelfehlern ΔS_FS. Diese werden gemäss Fig. 4c durch Zuschalten des Integrierverstärkers 13.3 im S-Regler 13 bis Fahrtende vollständig ausgeregelt. Miteingeschlossen in diese Ausregelung sind selbstverständlich auch andere, z.B. wegen Ungenauigkeiten nicht vollständig kompensierte deterministische Weg-Regelfehler ΔS_FD. Erst die massive Reduktion der deterministischen Weg-Regelfehler ΔS_FD durch das Kompensationssignal K macht es möglich mit Erfolg einen PI-Regler im Wegregelkreis einzusetzen, der mit der nur sehr kleinen möglichen Nachstell-Geschwindigkeit die verbliebenen Weg-Regelfehler ΔS_F in der kurzen bis Fahrtende zur Verfügung stehenden Zeit auf Null ausregelt. Höhere Nachstellgeschwindigkeiten im Wegregelkreis sind aus Gründen der Stabilität nicht möglich, da das mechanische System sehr träge und schwach gedämpft reagiert.

[0017] Schliesslich ist in Fig. 5 dargestellt, dass mit der erfindungsgemässen Einrichtung auch dann ein gutes Führungsverhalten gewährleistet ist, wenn der Aufzug ausserhalb des Zielstockwerkes fehlerhaft zu einem Stillstand gekommen ist. Dies kann sich dann ergeben, wenn trotz Optimierung der Kaskaden-Regelung KR und auch nach Elimination der störungsbedingten Weg-Regelfehler ΔS_FD und ΔS_FS ein Rest-Wegregelfehler ΔS_FR verbleibt, der die Kabine kurz vor oder nach einem Zielstockwerk zum Stillstand bringt. Regeltechnisch bedeutet dies eine Strukturänderung der Regelstrecke RS die dann bloss noch aus dem Ankerstromkreis des durch die Haftreibung blockierten Hubmotors besteht. In diesem Falle ist für gutes Führungsverhalten ein beschleunigter Wiederanlauf gefordert, damit die Kabine möglichst bald ihr Zielstockwerk erreicht. Dabei besteht die Schwierigkeit, dass mit dem verbliebenen kleinen Rest-Weg-Regelfehler ΔS_FR und der kleinen Nachstellgeschwindigkeit des S-Reglers 13 das Motordrehmoment nur langsam gemäss dem linear angenommenen Diagramm 38 hochläuft, die Bewegung also erst im Zeitpunkt t₄ nach Erreichen der Haftreibung R_H eintritt und damit das Stockwerk gemäss der Ist-Fahrkurve S_i1 erst im Zeitpunkt t₅, d.h. mit grosser Zeitverzögerung t₅-t₁ erreicht wird. Gefragt ist ein rascherer Wiederanlauf mit kürzerer Verzögerungszeit. Dazu dient der Weg-Regelfehler-Vervielfacher 35 mit seinem steuerbaren Vervielfachungsfaktor m. Dieser wird zum Wiederanlauf, vor Bewegungsbeginn, auf einen Wert >1 gesetzt, so dass der Hochlauf des Ankerstromes und damit des Motordrehmomentes von einem grösseren Weg-Regelfehler ΔS_Fm ausgeht und dazu noch steiler verläuft, gemäss dem linear angenommenen Diagramm 39. Damit wird die Haftreibung R_H bereits im Zeitpunkt t₂ überschritten und die Bewegung eingeleitet. Aus Stabilitätsgründen erfolgt bei Bewegungsbeginn wieder eine Rückstellung von m auf den Wert 1 durch den Bewegungsdetektor 12, so dass die Kabine mit einem Motormoment M_M>R_G gemäss der Ist-Fahrkurve S_i2 in das Stockwerk einfährt und dieses mit einer bescheidenen Zeitverzögerung t₃-t₁ im Zeitpunkt t₃ erreicht.

[0018] Es ist dem Fachmann naheliegend, dass die Erfindung nicht auf das vorgenannte Ausführungsbeipiel beschränkt ist. Insbesondere ist sie in der Aufzugstechnik auch für Türantriebe geeignet. Auch ist die Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht an die Verwendung analoger Bausteine gebunden, es kann genausogut in hybrider Technik oder mittels eines Mikroprozessors oder eines sonstigen, entsprechend einem Ablaufplan betriebenen Digitalrechners realisiert werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Wegregelung eines Positionierantriebes mit Kaskadenstruktur, wobei durch Vorgabe eines entsprechenden Ruckmusters und durch eine dreifache zeitliche Integration desselben eine Führung des Weg-Sollwertes (S_S) sowie der, den unterlagerten Geschwindigkeits- und Ankerstromregelkreisen zur Vorwärtskorrektur direkt vorgegebenen Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Sollwerte (V_S) bzw. (B_S) erfolgt,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Die dem Positionierantrieb zugrunde liegende Regelstrecke wird als eine, durch Störungen beeinflussbare, Standard-Regelstrecke (SR) definiert, wobei diese Standard-Regelstrecke (SR) durch einen normierten Wertesatz (W₁, W₂....W_n) für die Regelstreckenparameter (P₁, P₂....P_n) charakterisiert ist, welchem bei Störbeeinflussung, störungsbedingte Parameterwertänderungen (ΔW₁, ΔW₂....ΔW_n sind.

b) In einer Lernfahrt des Positionierantriebes wird eine Kaskaden-Regelung (KR) durch vierfache Vorwärtskorrektur auf den normierten Wertesatz (W₁, W₂....W_n) für die Parameter (P₁, P₂....P_n) der Standard-Regelstrecke (SR) abgestimmt und bezüglich dieser in ihrem Führungsverhalten optimiert, wobei ein Geschwindigkeits-Regler (10) durch den geführten Geschwindigkeits-Sollwert (V_S), ein Strom-Regler (9) sowohl durch den geführten Beschleunigungs-Sollwert (B_S) als auch durch den geführten Ruck-Sollwert (R_S) und ein Stellglied (7) durch den geführten Geschwindigkeits-Sollwert (V_S) entsprechend vorwärts korrigiert werden.

c) Die Störungen, die während einer Fahrt auf die Standard-Regelstrecke (SR) einwirken können, werden in zwei Klassen aufgeteilt: deterministische Störungen, die durch einen Anlauftest determinierbar sind und stochastische Störungen, die durch einen Anlauftest nicht determinierbar sind.

d) Deterministische Störungen, werden in der Anlaufphase jeder Fahrt, durch einen Anlauftest quantitativ erfasst und daraus ein Kompensationssignal (K) gebildet, das den entsprechenden, über die verbleibende Fahrstrecke anfallenden Weg-Regelfehler ΔS_FD vollständig kompensiert.

e) Durch stochastische Störungen verursachte Weg-Regelfehler ΔS_FS werden einem, nach Abschluss des Anlauftestes in einem Wegregler (13) zuschaltbaren Integrierverstärker (13.3) zugeführt, der alle nach Optimierung und Kompensation noch verbleibenden Weg-Regelfehler ΔS_F bis Fahrtende vollständig ausregelt.

f) Zum Wiederanlauf nach einem Halt ausserhalb eines Zielortes wird der entsprechende Rest-Weg-Regelfehler ΔS_FR kurzzeitig überhöht.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Anlauftest, der darin besteht, dass sich über eine Fahrt selbst ausgleichende Störungen laufend berechnet und vom Weg-Istwert S_i subtrahiert werden und dass vom resultierenden Weg-Regelfehler ΔS_F während der ersten Ruckphase (R₁) das Zeitintegral gebildet wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zur Optimierung des Führungsverhaltens der Kaskaden-Regelung (KR) bezüglich einer durch den normierten Wertesatz (W₁, W₂....W_n) für die Regelstreckenparameter (P₁, P₂....P_n) charakterisierten Standard-Regelstrecke (SR) die geführten Sollwerte der Beschleunigung (B_S) und des Ruckes (R_S) über entsprechende Korrekturglieder (24 bzw. 25) mit den Massstabsfaktoren (KB bzw. KR) auf ein erstes Summierglied (23) geführt sind und von dessen Ausgang über einen Stromvergleicher (21) an den Eingang des Stromreglers (9) gegeben sind und der geführte Sollwert der Geschwindigkeit (V_s) über ein Korrekturglied (26) mit dem Massstabsfaktor (KU) auf das Stellglied (7) geführt ist.
- dass zur Kompensation der durch deterministische Störungen verursachten Weg-Regelfehler (ΔS_FD) ein Messwerk (29) vom Ausgang eines Weg-Vergleichers (19) an den Eingang eines Funktionsgenerators (30) geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Summierglied (23) in Verbindung steht,
- dass zur Ausregelung der durch stochastische Störungen verursachten Weg-Regelfehler (ΔS_FS) im Wegregler (13) ein Integrierverstärker (13.3) vorgesehen ist, der nach Abschluss des Anlauftestes, durch einen Schalter (13.2) dem Proportionalverstärker (13.1) parallelgeschaltet ist,
- dass zur kurzzeitigen Überhöhung des Weg-Regelfehlers ΔS_F bei Wiederanlauf nach einem Halt ein Weg-Regelfehler-Vervielfacher (35) mit steuerbarem Vervielfachungsfaktor (m) vorgesehen ist, welcher dem Weg-Vergleicher (19) nachgeschaltet ist und zur Steuerung seines Vervielfachungsfaktors (m) mit einer übergeordneten Ablaufsteuerung (AS) und mit einem Bewegungsdetektor (12) in Verbindung steht, wobei der Vervielfachungsfaktor (m) vor Bewegungsbeginn vom Wert 1 auf einen Wert >1, und bei Bewegungsbeginn von diesem Wert >1 wieder auf den Wert 1 gesteuert wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet
dass die Massstabsfaktoren (KV; KB; KR; KU) der entsprechenden Korrekturglieder (22, 24, 25, 26) einstellbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Messwerk (29) ein Integrator ist, der den Weg-Regelfehler ΔS_F während der 1. Ruckphase integriert.

6. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Funktionsgenerator (30) ein Kompensationssignal (K) generiert, das aus einem rampenförmigen Anstieg (33) und einem Konstantteil (34) besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Amplitude des Konstantteiles (34) eine Funktion des im Messwerk (29) gebildeten Fehlersignales (I) ist und durch den rampenförmigen Anstieg (33) entweder mit variabler Steilheit und konstanter Anstiegszeit oder mit variabler Anstiegszeit und konstanter Steilheit erreicht wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Berechnung der dynamischen Seildehnung die Kabinenposition durch den Weg-Istwert (S_i) dargestellt ist.

Zeichnung