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Dokumentenidentifikation DE2917868C2 07.06.1990
Titel Regelanordnung für einen Rollenträger
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Rubruck, Manfred, Ing.(grad.), 8523 Baiersdorf, DE
DE-Anmeldedatum 03.05.1979
DE-Aktenzeichen 2917868
Offenlegungstag 13.11.1980
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.06.1990
IPC-Hauptklasse B65H 26/04

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für einen Rollenträger, bei dem von einer drehbar gelagerten Rolle eine Bahn mit vorgegebener Bahnspannung abgewickelt wird, wobei der Rolle eine elektromotorische Antriebs- oder Bremseinrichtung mit einem Drehzahlregler und einem Rechner zugeordnet ist, der optimierte Regelparameter für den Drehzahlregler fortlaufend aus den Streckenparametern ermittelt, nach Patent 27 32 644.

Regelanordnungen für Rollenträger mit fest eingestellten Regelparametern des Drehzahlreglers arbeiten unbefriedigend, da sich während eines Abwickelvorganges die Zeitkonstante der Strecke in weiten Grenzen verändert. Die Veränderung der Zeitkonstante wird verursacht durch die starke Abnahme des Trägheitsmoments der Rolle mit abnehmendem Durchmesser. In der DE-PS 27 32 644 ist eine ständige Ermittlung optimierter Regelparameter in Abhängigkeit von den sich verändernden Streckenparametern vorgesehen. Das momentane Trägheitsmoment wird vom Rechner aus Eingabegrößen für die Bahnbreite und die spezifische Materialdichte, sowie aus dem momentanen Radius der Rolle ermittelt. Die Bahnbreite könnte auch von einer mechanischen Meßvorrichtung ermittelt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelanordnung für einen Rollenträger nach der DE-PS 27 32 644 so weiterzubilden, daß eine Eingabe bzw. Erfassung der spezifischen Dichte des Bahnmaterials und der Bahnbreite nicht mehr erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rechner die optimierte Reglerverstärkung und/oder die optimierte Nachstellzeit des Drehzahlreglers aus einem während des Hochlaufs der neuen Rolle bestimmten Anfangswert ihres Trägheitsmomentes und dem momentanen Radius der Rolle beim Abwickeln ermittelt.

Bei der erfindungsgemäßen Regelanordnung werden keine Eingabevorrichtungen oder Meßvorrichtung für die spezifische Materialdichte und die Bahnbreite mehr benötigt. Die Ermittlung der optimierten Reglerparameter erfolgt vollkommen selbsttätig aus den sich verändernden Streckenparametern. Neben einer Verringerung des konstruktiven Aufwandes ist damit insbesondere auch eine größere Sicherheit gegen eine Fehlbedienung gegeben.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einem Rollenträger mit einem Gurtantrieb und einer dem Gurtantrieb zugeordneten elektrischen Maschine ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die den Anfangswert des Trägheitsmoments der Rolle aus Meßwerten für die synchrone Drehzahl, für die Zeit bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl, für das Antriebsmoment der elektrischen Maschine und für den Anfangswert des Rollenradius, sowie aus vorgegebenen Werten für das Trägheitsmoment der elektrischen Maschine und den Radius der Antriebsrollen des Gurtantriebs ermittelt.

Bei einem Rollenträger mit einem elektrischen Direktantrieb ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die den Anfangswert des Trägheitsmoments der Rolle aus Meßwerten für die synchrone Drehzahl, für die Zeit bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl, für das Antriebsmoment des Direktantriebes sowie aus einem vorgegebenen Wert für das Trägheitsmoment des Direktantriebes ermittelt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Rollenträger mit einem Gurtantrieb in der normalen Abwickelposition,

Fig. 2 den Rollenträger mit Gurtantrieb in einer Zwischenposition beim Einschwenken in die Klebeposition,

Fig. 3 den Rollenträger mit Gurtantrieb in der Klebeposition,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Meßanordnung zur Erfassung des Anfangswertes und des Momentanwertes des Rollenradius,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Anfangswertes des Trägheitsmoments einer Rolle unter einem Gurtantrieb,

Fig. 6 einen Rollenträger mit einem Direktantrieb in der Klebeposition,

Fig. 7 eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Anfangswertes des Trägheitsmoments einer Rolle bei einem Direktantrieb,

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Reglers mit optimierbarer Reglerverstärkung.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen zweiarmigen Rollenträger 3 mit einem Gurtantrieb 4, der aus seiner normalen Abwickelposition (Fig. 1) von einem nicht dargestellten Schwenkantrieb über eine Zwischenposition (Fig. 2) in die Klebeposition (Fig. 3) geschwenkt werden kann. Derartige Rollenträger sind zweiarmig oder auch dreiarmig ausgeführt. Am einen Arm des Rollenträgers 3 ist die ablaufende Rolle (Wickel) drehbar gelagert. Die ablaufende Rolle ist mit der Bezugsziffer 2 gekennzeichnet, wobei die einzelnen Stadien der Rolle während des Abwickelvorganges mit 2a, 2b, 2c verdeutlicht sind. Von der Rolle 2 wird eine Bahn B in Pfeilrichtung abgezogen, beispielsweise eine Papierbahn, die über nicht näher bezeichnete Umlenkrollen einer ebenfalls nicht dargestellten Zuggruppe zugeführt wird. Am anderen Arm des Rollenträgers 3 ist bereits die neue Rolle 1eingeachst.

In der Darstellung der Fig. 1 läuft die ablaufende Rolle 2a in der Abwickelposition des Rollenträgers 3 unter dem Gurtantrieb 4. Dem Gurtantrieb 4 ist ein elektromotorischer Antrieb mit einer elektrischen Maschine 5 zugeordnet, die von einem Stromrichter 6 gespeist wird. Der Stromrichter 6 wird von einem Steuersatz 33 mit Zündimpulsen angesteuert, dessen Steuerspannung von einem Stromregler 32 gebildet wird, dem ein Vergleicher 31 eingangsseitig vorgeschaltet ist. Die elektrische Maschine 5 ist mit einem Tachogenerator 7 zur Erzeugung einer dem Drehzahl-Istwert proportionalen Tachospannung gekuppelt.

Die Bahn B soll mit einer gleichbleibenden Bahnspannung in die nachfolgende Verarbeitungsmaschine einlaufen, beispielsweise in eine Druckmaschine. Die Reglung der Bahnspannung erfolgt über den Gurtantrieb 4. Der Gurtantrieb 4 wird von einer Regeleinrichtung mit einem Lageregler 8, einem Drehzahlregler 13 und dem unterlagerten Stromregler 32 in Abhängigkeit von der Lage einer Tänzerwalze 9 geregelt, beispielsweise derart, daß die Tänzerwalze 9 in der Mitte ihres Stellbereiches bleibt. Die Tänzerwalze 9 ist gewichtsbelastet oder erhält eine pneumatische Vorspannung. Ein Istwert für die Lage der Tänzerwalze 9 wird an einem schematisch dargestellten Potentiometer 14 abgegriffen und in einem Vergleicher 10 mit einem Lagesollwert von einer Einstellvorrichtung 11 verglichen. Die Lagedifferenz steuert den Lageregler 8 aus, dessen Ausgangsspannung den Drehzahl-Sollwert für den Drehzahlregler 13 bildet. Der Drehzahl-Sollwert wird in einem weiteren Vergleicher 12 mit der Tachospannung des Tachogenerators 7 als Drehzahl-Istwert verglichen, die über den geschlossenen Schaltkontakt 23 auf den Vergleicher 12 geschaltet ist. Die im Vergleicher 12 gebildete Regeldifferenz steuert den Drehzahlregler 13 aus, dessen Ausgangssignal über die sich in der gezeichneten Stellung befindlichen Schaltkontakte von Umschaltern 25 und 26 dem Vergleicher 31 als Stromsollwert zugeführt wird. Im Vergleicher 31 wird der Stromsollwert mit dem von einem Strommeßwandler 34 erfaßten Stromistwert verglichen und dem Stromregler 32 als Regeldifferenz zugeführt. Die Ausgangsspannung des Stromreglers 32 bildet die Steuerspannung für den Steuersatz 33 des Stromrichters 6. Somit bestimmt die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 13 die Drehzahl der elektrischen Maschine 5 und über den Gurtantrieb 4 die Drehzahl der Rolle 2a.

Die Problematik bei einer derartigen Drehzahlregelung liegt in den erheblichen Änderungen der Eigenschaften der Regelstrecke während des Abwickelvorganges. Während des Abwickelvorganges kann beispielsweise der Durchmesser der Rolle von 1 m auf 0,1 m abnehmen. Außerdem können abhängig vom Produktionsprogramm Bahnen mit unterschiedlicher Breite in einem Bereich von etwa 1 : 4 verwendet werden. Auch das spezifische Gewicht des verwendeten Bahnmaterials kann unterschiedlich sein. Demnach kann sich auch die Masse der Rolle in einem sehr weiten Bereich verändern. Die Masse der Rolle hat jedoch einen wesentlichen Anteil am gesamten Trägheitsmoment der Regelstrecke. Durch die genannten Parameter kann sich das Trägheitsmoment der Rolle in einem Bereich größer als 1 : 1000 verändern. Bei einer Drehzahlregelung werden die Regelparameter des Drehzahlreglers 13 üblicherweise so eingestellt, daß im gesamten Regelbereich die Stabilitätsbedingungen erfüllt sind. Mit derartigen fest eingestellten Regelparametern kann die Drehzahlregelung jedoch nicht im gesamten Regelbereich optimal arbeiten, da sich die Streckenparameter aufgrund der großen Unterschiede im Trägheitsmoment der Rolle in einem sehr weiten Bereich verändern. Es werden daher von einer Recheneinrichtung 50 optimierte Regelparameter für den Drehzahlregler 13 fortlaufend aus den Streckenparametern ermittelt und der Drehzahlregler entsprechend eingestell.

Bei den folgenden Erläuterungen werden die nachstehend aufgeführten Größen verwendet:

a Optimierungsfaktor für die Reglerverstärkung

A wickelspezifischer Summand nach Gl. (10)

d Index für einen Direktantrieb

g Index für einen Gurtantrieb

Ia Ankerstrom

J auf den Antrieb bezogenes Trägheitsmoment (J&sub0;=Anfangswert)

JM Trägheitsmoment des Antriebs

JW Trägheitsmoment der Rolle (JW 0=Anfangswert)

kd spezifischer Faktor bei einem Direktantrieb nach Gl. (16d)

ka Konstanter Faktor nach Gl. (3)

kg spezifischer Faktor bei einem Gurtantrieb nach Gl. (11g)

ns synchrone Drehzahl

nn Nenndrehzahl

Mk konstantes Antriebsmoment

r Radius der Antriebsrollen des Gurtantriebes

RW Radius der Rolle (RW 0=Anfangswert)

T&sub1; Nachstellzeit des Reglers

TS Zeitkonstante der Regelstrecke

TS0 Anfangswert von TS

Tu Verzugszeit der Regelstrecke

ts Zeit bis zum Erreichen von ns

VK Kreisverstärkung

VR Reglerverstärkung

VS Streckenverstärkung

Für die günstige Einstellung von Regelvorgängen sind zahlreiche Optimierungsvorschriften bekannt, die beispielsweise beschrieben sind in Winfried Oppelt, "Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge", 3. Auflage, 1960, Seiten 418 bis 433, insbesondere Seite 427. Bei der günstigsten Einstellung eines Regelkreises ist zu unterscheiden, ob er für die Ausregelung von Störgrößen oder für die Änderung der Führungsgröße optimiert werden soll, denn ein Regelvorgang ist verschieden einzustellen, je nachdem ob er eine Störung möglichst rasch ausgleichen soll oder ob er einer Änderung der Führungsgröße möglichst getreu folgen soll. Weiterhin ist zu unterscheiden, ob ein aperiodischer Regelvorgang mit kürzester Dauer gefordert wird , oder ob eine gewisse Überschwingung zugelassen wird, beispielsweise 20% Überschwingung bei kleinster Schwingungsdauer. Schließlich ist auch zu berücksichtigen, ob es sich bei dem verwendeten Regler um einen P-Regler, einen Pl-Regler oder eienn PID-Regler handelt.

Die nachfolgenden Erläuterungen werden beispielhaft gegeben für einen PI-Regler, der eine Störung möglichst rasch ausgleichen soll, wobei 20% Überschwingung bei kleinster Schwingungsdauer zugelassen sein sollen. Es werden die Optimierungsfaktoren von Chien, Hrones, Reswick (a. a. O. S. 427) verwendet.

Für die optimierte Kreisverstärkung gilt allgemein die Optimierungsbedingung (1):



wobei der Optimierungsfaktor a für das gewünschte Regelverhalten zu 0,7 gewählt werden kann.

Die Verzugszeit Tu der Strecke ist im wesentlichen die Summe der Ankerzeitkonstante der elektrischen Maschine (5) und der Totzeit des Stromrichters (6).Diese Zeiten sind vom Trägheitsmoment der Rolle unabhängig. Die Verzugszeit Tu kann in dieser Betrachtung näherungsweise als konstant angesehen werden.

Die Kreisverstärkung VK des Regelkreises ist das Produkt aus der Reglerverstärkung VR und der Streckenverstärkung VS. Die Streckenverstärkung VS ist das Produkt aller Einzelverstärkungen, beispielsweise der Verstärkungen der Meßgeber, der unterlagerten Regler, des Stromrichters und des Antriebs. Die Streckenverstärkung VS ist näherungsweise unabhängig vom Trägheitsmoment der Rolle und kann daher ebenfalls als konstant angesehen werden. Die Kreisverstärkung VK ist das Produkt aus der Reglerverstärkung VR und der Streckenverstärkung VS nach Gl. (2):

VK = VR · VS. (2)

Setzt man in Gl. (2) das Optimierungskriterium (1) für die Kreisverstärkung ein, so erhält man Gl. (2.1) für die optimierte Reglerverstärkung VR:



Man erkennt aus Gl. (2.1), daß die optimierte Reglerverstärkung VR unmittelbar proportional ist zur Zeitkonstante TS der Reglerstrecke, da der Optimierungsfaktor a, die Verzugszeit Tu der Regelstrecke und die Reglerverstärkung VS näherungsweise konstant sind. Führt man einen konstanten Faktor ka nach Gl. (3) ein:



so nimmt die Gl. (2.1) die Form (2.2) an:

VR = ka · TS. (2.2)

Das Problem besteht nun darin, daß zur laufenden Ermittlung der optimierten Reglerverstärkung VR die sich laufend ändernde Zeitkonstante TS der Strecke benötigt wird. Da die Veränderung der Zeitkonstante TS der Strecke im wesentlichen von der Veränderung des Trägheitsmoments Jw der Rolle bestimmt wird, erfolgt erfindungsgemäß eine laufende Ermittlung des Trägheitsmoments Jw der Rolle aus einem Anfangswert JW0 und dem jeweiligen Radius Rw. Gesucht wird somit die Funktion (4):

TS = f(JW0, Rw). (4)

Zur Bestimmung der Parameter der Regelstrecke, die im wesentlichen die elektrische Maschine (5) mit der Rolle als fest angekuppelter Last enthält, kann die Zeit herangezogen werden, die benötigt wird, um eine neue Rolle mit einem konstanten Moment aus dem Stillstand auf eine bestimmte Drehzahl zu beschleunigen.

Unter der Annahme eines weitgehend linearen Hochlaufs einer neuen Rolle bei einem vorgegebenen konstanten Antriebsmoment Mk, vorzugsweise dem Nennmoment, aus dem Stillstand auf eine vorgegebene Drehzahl ns gilt für die Zeit ts, die bis zum Erreichen der vorgegebenen Drehzahl ns benötigt wird, die Gl. (5):



Die Gl. (5) kann nach dem Anfangswert J&sub0; des auf den Antrieb bezogenen gesamten Trägheitsmoments umgeformt werden zu Gl. (5.1):



Für eine von einem Gurtantrieb (Index g) angetriebene Rolle gilt Gl. (6 g)



Für den Anfangswert JW0 des Trägheitsmoments der Rolle kann die Gl. (6 g) zur Gl. (6.1 g) umgeformt werden:



Setzt man Gl. (5.1) in Gl. (6.1 g) ein, so erhält man Gl. (6.2 g):



Der Anfangswert JW0 des Trägheitsmoments der Rolle läßt sich somit berechnen, wenn man die Werte auf der rechten Seite der Gl. (6.2) kennt. Bevor auf die Ermittlung dieser Werte und damit auf die Ermittlung des Anfangswertes des Trägheitsmoments der Rolle im einzelnen eingegangen wird, wird zunächst der Ablauf eines Rollenwechsels anhand der Fig. 2 und 3 erläutert:

Sobald der Durchmesser der Rolle 2 einen bestimmten Wert unterschreitet, wird in der Darstellung der Fig. 2 der Gurtantrieb 4 von der Rolle 2b abgehoben. Der Arm des Rollenträgers 3 wird geschwenkt. Die Regelung der Bahnspannung der ablaufenden Bahn B erfolgt jetzt über elektrische Bremseinrichtungen, beispielsweise über die schematisch dargestellten Induktionsbremsen 17 bzw. 18 sind mit den Rollenachsen und mit Tachogeneratoren 19 bzw. 20 gekuppelt. Durch die Stellung der Schaltkonstante der Umschalter 27 bzw. 28 wird festgelegt, daß die der Rolle 2b zugeordnete Induktionsbremse 17 zusammen mit dem zugehörigen Tachogenerator 19 wirksam wird, wenn der Gurtantrieb 4 von der Rolle 2b abgehoben wird. In der normalen Abwickelposition sind die Induktionsbremsen 17 bzw. 18 nicht wirksam. Daher befinden sich in der Darstellung der Fig. 1 die Schaltkonstante der Umschalter 27 und 28 in einer Mittelstellung, so daß keine der beiden Induktionsbremsen 17, 18 wirksam ist und die Tachospannungen der Tachogeneratoren 19, 20 nicht weiterverarbeitet werden. Zum besseren Verständnis sind in Fig. 2 und Fig. 3 die Umschalter Induktionsbremse und zum Tachogenerator weggelassen sind.

Fig. 2 zeigt den Rollenträger in einer Zwischenposition während des gegen den Uhrzeigersinn erfolgenden Schwenkvorganges aus der in Fig. 1 dargestellten Abrollposition in die in Fig. 3 dargestellte Klebeposition. Der Gurtantrieb 4 wurde abgehoben und gleichzeitig wurden die Schaltkontakte der Schalteinrichtungen in die dargestellten Schaltstellungen umgesteuert. Die Drehzahlregelung der Rolle 2b erfolgt nicht mehr über den Gurtantrieb, sondern über die Induktionsbremse 17. Der Lageistwert von der Tänzerwalze 9 wird am Potentiometer 14 abgegriffen und im Vergleicher 10 mit dem Lagesollwert von der Einstellvorrichtung 11 verglichen. Die Ausgangsspannung des Lagereglers 8 bilden den Drehzahl-Sollwert, der im weiteren Vergleicher 12 mit einem Drehzahl-Istwert verglichen wird. Dieser Drehzahl-Istwert wird in dieser Position des Rollenträgers über den geschlossenen Schaltkontakt 24 vom Tachogenerator 19 geliefert, der mti der Rolle 2b gekuppelt ist. Die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 13 wird über den Schaltkontakt des Umschalters 25 und über ein Anpaßglied als Steuerspannung dem Steuersatz 36 eines weiteren Stromrichters 16 zugeführt. Der Stromrichter 16 ist das Stellglied für die Induktionsbremse 17, die auf die Rolle 2b wirkt.

Fig. 3 zeigt den Rollenträger 3 in der Klebeposition, in der die neue Rolle 1 an die ablaufenden Bahn B fliegend angeklebt wird. Dieser Vorgang ist im einzelnen beispielsweise beschrieben in der DE-A-26 19 236. Die Rolle 2c ist bis auf den Restrollendurchmesser abgelaufen. Die Induktionsbremse 17 ist weiterhin im Eingriff. Die neue Rolle 1 befindet sich unter dem Gurtantrieb 4. Der Gurtantrieb 4 wird auf die neue Rolle 1 abgesenkt.

Damit die neue Rolle 1 fliegend an die Bahn B angeklebt werden kann, muß zunächst die Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle 1 mit der Bahngeschwindigkeit übereinstimmen. Um diese Übereinstimmung herzustellen, sind ein Drehzahlregler 30 und ein vorgeschalteter Hochlaufgeber 37 vorgesehen. Der Hochlaufregler 37, der beispielsweise als Integrator mit einem nachgeschalteten Begrenzungsglied ausgebildet sein kann, führt den Sollwert für den Drehzahlregler 30 nach einer fest vorgegebenen Rampenfunktion bis zur synchronen Drehzahl ns, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle mit der Bahngeschwindigkeit übereinstimmt. Die Steigung der Rampenfunktion wird so gewählt, daß die elektrische Maschine 5 in dieser Hochlaufphase annähernd mit konstantem Ankerstrom betrieben wird. Zur Bildung einer der synchronen Drehzahl ns entsprechenden Tachospannung ist ein Tachogenerator 21 vorgesehen, der über ein Reibrad 22 von der ablaufenden Bahn B angetrieben wird. Die Tachospannung des Tachogenerators 21 ist somit ein Maß für die Bahngeschwindigkeit. Die erforderlöiche synchrone Drehzahl ns steht hierzu in einem festen Verhältnis, da die Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle der Geschwindigkeit des Gurtbandes des Gurtantriebes 4 entspricht, die wiederum über die Drehzahl der elektrischen Maschine 5 und das Übersetzungsverhältnis des Gurtantriebes bekannt ist.

Die Ausgangsspannung des Hochlaufgebers 37 wird mit der Tachospannung des Tachogenerators 7 in einem Vergleicher 29 verglichen. Die Regeldifferenz steuert den Drehzahlregler 30 aus. Die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 30 wird über den Umschalter 26 als Sollwert für den unterlagerten Stromregler 32 verwendet. Die neue Rolle wird somit über die Drehzahlregelung mit dem Drehzahlregler 30 und dem unterlagerten Stromregler 32 bis auf die synchrone Drehzahl ns beschleunigt, wobei der Hochlaufgeber 37 für einen gleichmäßigen Hochlauf mit weitgehend konstanten Ankerstrom und damit auch weitgehend konstantem Antriebsmoment sorgt.

Wenn die Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle 1 mit der Bahngeschwindigkeit der ablaufenden Bahn B übereinstimmt, erfolgt der Klebevorgang durch Andrücken der ablaufenden Bahn B an die mit einer Klebefahne 15 versehene neue Rolle 1 durch eine Bürstenwalze 40. Hinter der Klebestelle wird die von der alten Rolle ablaufende Bahn von einem Schlagmesser 41 durchgeschnitten. Unmittelbar nach dem Klebevorgang übernimmt wiederum der Gurtantrieb 4 die Drehzahlregelung der neuen Rolle. Hierzu ist im allgemeinen zunächst ein Abbremsen der neuen Rolle erforderlich. Der Gurtantrieb mit der elektrischen Maschine 5 und dem Stromrichter in kreisstromfreier 4-Quadrantenantrieb ausgeführt, vorzugsweise mit einem Stromrichter in kreisstromfreier Gegenparallelschaltung. Der Übergang der Steuerung des Gurtantriebes von der Beschleunigung der neuen Rolle auf die Synchrondrehzahl ns, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle 1 mit der Bahngeschwindigkeit der ablaufenden Rolle B übernimmt, auf die Drehzahlregelung im Hinblick auf eine gleichbleibende Bahnspannung, erfolgt dadurch, daß die Schaltkontakte der Schalteinrichtungen wiederum in die Lage umgesteuert werden, die in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Restrolle 2c wird nun von der Achse des Rollenträgers abgezogen und es wird auf diese Achse eine neue Rolle eingeschoben.

Der Hochlauf der neuen Rolle 1 wird dazu benutzt, um die zur Lösung der Gl. (6.2) erforderlichen Werte zu ermitteln. Zunächst wird die Ermittlung des Radius anhand von Fig. 4 beschrieben:

Fig. 4 zeigt schematisch die meßtechnische Ermittlung des Radius der neuen Rolle 1 und des Radius der ablaufenden Rolle 2. Die Position des Rollenträgers entspricht der Fig. 3. Es sind lediglich diejenigen Elemente dargestellt, die zur Erfassung der Radien erforderlich sind. Auf einer auf der Achse der Rolle 2 befestigten Scheibe ist eine Markierung 51 angebracht, die von einer Sonde 52 erkannt wird. Die Sonde 52 erzeugt bei jeder Umdrehung der Rolle 2 einen Impuls beim Vorbeilauf der Markierung 51.

Die Bahn B treibt über ein Reibrad 53 einen digitalen Impulsgeber 54 an, dessen Impulsscheibe eine größere Anzahl von Markierungen trägt, die von einer weiteren Sonde 55 abgetastet werden. Die Sonde 55 erzeugt somit bei einer bestimmten Bahnlänge eine vorgegebene Anzahl von Impulsen. Die Impulse der Sonde 55 werden von einer Zähleinrichtung 60 gezählt. Die Zähleinrichtung wird durch einen ersten Impuls der Sonde 52 freigegeben und zählt die Impulse der Sonde 55 so lange, bis ein zweiter Impuls der Sonde 52 eintrifft. Die Anzahl der Impulse der Sonde 55 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Sonde 52 ist ein Maß für die bei einer Umdrehung der Rolle 2 abgezogenen Bahnlänge und damit auch ein Maß für den Radius Rw der Rolle 2.

Auf einer auf der Achse der neuen Rolle 1 befestigten Scheibe ist eine weitere Markierung 56 angebracht, die von einer weiteren Sonde 57 erkannt wird. Unter der Voraussetzung, daß die Bahngeschwindigkeit der ablaufenden Bahn B mit der Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle übereinstimmt, kann einer weiteren Zähleinrichtung 61 der Radius RW0 der neuen Rolle 1 dadurch gezählt werden. Die Bestimmung des Radius RW0 erfolgt somit dadurch, daß bei Erreichen des Synchronlaufes am Ende des Hochfahrens der neuen Rolle 1 ein Schalter 58 durch einen entsprechenden Befehl geschlossen wird. Die Zähleinrichtung 61 zählt nunmehr die Impulse der Sonde 55 während einer Umdrehung der neuen Rolle 1. Die Anzahl der Impulse der Sonde 55 ist unmittelbar ein Maß für den Radius RW0 der neuen Rolle 1.

In Gl. (6.2 g) wird weiterhin der Radius r der Antriebsrollen des Gurtantriebes benötigt. Dieser Radius ist bekannt und kann fest vorgegeben werden.

Weiterhin wird die Synchrondrehzahl ns benötigt, bei der die Geschwindigkeit der ablaufenden Bahn B übereinstimmt mit der Umfangsgeschwindigkeit der neuen Rolle 1. Die Synchrondrehzahl ns kann aus der vom Tachogenerator 7 erfaßten Drehzahl der elektrischen Maschine 5 unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses r/RW0 oder unmittelbar aus der Tachospannung des Tachogenerators 20 ermittelt werden.

Weiterhin wird die Zeit ts erfaßt, die der Antrieb benötigt, um die neue Rolle mit einem fest vorgegebenen Moment aus dem Stillstand auf die Synchrondrehzahl ns hochzufahren.

Zur Festlegung des vorgegebenen Antriebsmoments kann die elektrische Maschine 5 grundsätzlich auf konstantes Moment geregelt werden. Für den vorliegenden Fall ist es jedoch ausreichend, wenn das Moment der Maschine 5 als unmittelbar proportional zum Ankerstrom angesehen wird. Es ist dann eine Regelung auf konstanten Ankerstrom ohne weiteres dadurch möglich, daß der Hochlaufgeber 37 entsprechend ausgelegt wird.

Das Trägheitsmoment JM der elektrischen Maschine 5 ist bekannt und kann als konstant angenommen werden. Es kann bei der Inbetriebnahme ermittelt werden.

Die Ermittlung des Anfangswertes JW0 des Trägheitsmoments der neuen Rolle 1 wird somit wie folgt vorgenommen:

Der Gurtantrieb 4 wird auf die neue Rolle 1 abgesenkt. Die elektrische Maschine 5 wird eingeschaltet und mit konstantem Strom, vorzugsweise Nennstrom, bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl ns hochgefahren. Sobald die Synchrondrehzahl ns erreicht ist, wird diese bestimmt und die benötigte Zeit ts gemessen. Jetzt wird auch der Radius RW0 der neuen Rolle 1 bestimmt. Bekannt ist weiterhin der vorgegebene Wert des Ankerstromes Ia, das Trägheitsmoment JM der Maschine 5 und der Radius r der Antriebsrollen des Gurtantriebes 4. Hieraus läßt sich nach Gl. (6.2 g) unmittelbar der Anfangswert JW0 des Trägheitsmoments der Rolle 1 unter einem Gurtantrieb 4 berechnen.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 80 zur Ermittlung des Anfangswertes JW0 der Rolle unter einem Gurtantrieb 4. Die Schaltungsanordnung 80 enthält einen Integrator 81, der zu Beginn des Hochlaufs der neuen Rolle über einen Schalter 82 an ein Potentiometer 83 angeschlossen wird. Der von einer Kommandostufe 92 betätigte Schalter 82 wird wieder geöffnet, wenn die Rolle die synchrone Drehzahl erreicht hat. Dies läßt sich aus einer Überwachung der Regeldifferenz ermitteln, die den Drehzahlregler 30 aussteuert. Der Integrator 81 integriert somit eine konstante Eingangsspannung so lange, bis die synchrone Drehzahl erreicht wird. Die Ausgangsspannung des Integrators 81 ist somit ein Maß für die Hochlaufzeit ts.

Dem Integrator 81 ist ein Divisionsglied 84 nachgeschaltet, dessen Dividendeneingang mit dem Ausgang des Integrators 81 und dessen Divisoreingang mit dem Tachogenerator 7 verbunden ist. Der Ausgang des Divisionsgliedes 84 ist mit dem einen Eingang eines Multipliziergliedes 85 verbunden, dessen zweiter Eingang mit einer den Ankerstrom Ia der elektrischen Maschine 5 abbildenden Spannung verbunden ist. Der Ankerstrom ist ein Maß für das Antriebsmoment der Maschine 5. Zur Berücksichtigung der Proportionalitätsfaktoren wird die Meßspannung für den Ankerstrom über ein Potentiometer 86 geführt. Die Ausgangsspannung des Multipliziergliedes 85 wird in einem Vergleichsglied 87 mit einer Spannung verglichen, die auf einen dem Trägheitsmoment JM der Maschine 5 entsprechenden Wert eingestellt ist, beispielsweise an einem weiteren Potentiometer 88. Die Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes 87 wird dem einen Eingang eines Multipliziergliedes 89 zugeführt, dessen anderer Eingang mit einer Spannung beaufschlagt ist, die dem Wert (RW0/r)² entspricht. Diese Spannung kann beispielsweise an einem Potentiometer 90 abgegriffen werden, das an einer von der Zähleinrichtung 61 bestimmten Spannung liegt bzw. dessen Abgriff von der Zähleinrichtung 61 verändert werden kann. Die Ausgangsspannung des Multipliziergliedes 89 ist ein Maß für den gesuchten Anfangswert JW0 des Trägheitsmoments einer Rolle unter einem Gurtantrieb. Sie wird über einen Schalter 91 dem Rechner 50 zugeführt. Der Schalter 91 wird von der Kommandostufe 92 geschlossen, sobald die synchrone Drehzahl erreicht ist, und unmittelbar nach der Übernahme des Anfangswertes JW0 des Trägheitsmoments der Rolle wieder geöffnet.

Zunächst wird der Anfangswert TS0 der Zeitkonstante der Regelstrecke benötigt. Unter der getroffenen Voraussetzung eines linearen Hochlaufs ergibt sich TS0 nach Gl. (7):



Hieraus folgt der Anfangswert VR0 der optimierten Reglerverstärkung nach Gl. (2.3) aus der Beziehung (2.2) zu:

VR0 = ka · TS0. (2.3)

Die sich mit abnehmendem Radius RW laufend verändernde Zeitkonstante TS der Strecke läßt sich über die Beziehung (8) ermitteln:



Für das momentane Trägheitsmoment J gilt als Gl. (6.3 g) die in allgemeiner Form dargestellte Gl. (6 g):



Löst man die Beziehung (8) nach TS auf und setzt Gl. (6.3 g) ein, so erhält man Gl. (8.1 g) für eine Rolle mit Gurtantrieb:



Da für das momentane Trägheitsmoment JW der Rolle die Beziehung (9) gilt:



nimmt die Gl. (8.1 g) die Form (8.2 g) an:



Die Gleichung (8.2 g) ist die gesuchte Funktion (4) für eine ablaufende Rolle mit Gurtantrieb. Führt man einen wickelspezifischen Summanden



und einen bei einem Gurtantrieb spezifischen Faktor kg



ein, so nimmt die Gl. (8.2 g) die Form (8.3 g) an:

TS = A + kg · R²W. (8.3 g)

Für die optimierte Reglerverstärkung VRg eines Drehzahlreglers für eine Rolle mit Gurtantrieb gilt dann Gl. (2.4 g):

VRg = ka(A + kg · R²W). (2.4 g)

Die Gl. (2.4 g) wird von der Recheneinrichtung 50 laufend berechnet und dem Drehzahlregler 13 wird die optimierte Reglerverstärkung vorgegeben.

Bezüglich der Nachstellzeit T&sub1; eines PI-Reglers gilt für eine gute Ausregelung von Störgrößen bei 20% Überschwingung die Optimierungsbedingung (12):

T&sub1; = 2,3 · Tu. (12)

Da - wie bereits erwähnt - die Verzugszeit Tu der Regelstrecke als konstant angesehen werden kann, kann für ein derartiges Regelverhalten die Nachstellzeit TI des Drehzahlreglers fest eingestellt werden.

Wird dagegen ein gutes Führungsverhalten eines PI-Reglers gefordert, so gilt bei einer zulässigen 20% Überschwingung bei kleinster Schwingungsdauer die Optimierungsbedingung (13):

TI=Ts. (13)

Falls ein derartiges Regelverhalten gewünscht wird, kann somit die optimierte Nachstellzeit TI des Drehzahlreglers 13 aus der Gl. (12) fortlaufend ermittelt werden.

Fig. 6 zeigt einen zweiarmigen Rollenträger 3 mit Direktantrieb in der Klebeposition vergleichbar mit der Darstellung der Fig. 3. Die ablaufende Rolle 2c wird unmittelbar von einer elektrischen Maschine 63 angetrieben bzw. abgebremst. Die Drehzahl der Maschine 63 und damit die Drehzahl der ablaufenden Rolle 2c wird von einem Tachogenerator 64 erfaßt. Die Maschine 63 wird von einem Stromrichter 65 gespeist, der als Vierquadrantensteller ausgebildet ist. Die Regelung der Drehzahl der Maschine 63 wird von einem Drehzahlregler 69 durchgeführt, dem ein Stromregler 67 unterlagert ist. Zur Erzielung einer gleichbleibenden Bahnspannung ist wiederum eine Lageregelung mit einer Tänzerwalze 9 zur Gewinnung eines Lageistwertes, einer Einstellvorrichtung 11 zur Einstellung eines Lagesollwertes, ein Vergleicher 10 zur Bildung der Lagedifferenz aus Lagesollwert und Lageistwert und ein Lageregler 8 vorgesehen. Die Ausgangsspannung des Lagereglers 8 bildet den Sollwert für den Drehzahlregler 69, dessen Istwert vom Tachogenerator 64 geliefert wird. Die Reglerverstärkung und die Nachstellzeit des Drehzahlreglers 69 werden von einer Recheneinrichtung 70 eingestellt, die später erläutert wird. Das Ausgangssignal des Drehzahlreglers 69 ist der Sollwert für den unterlagerten Stromregler 67, der in einem Vergleicher 68 mit dem Stromistwert verglichen wird. Die Ausgangsspannung des unterlagerten Stromreglers 67 steuert den Zündwinkel der Zündimpulse eines Steuersatzes 66.

Der neuen Rolle 1 ist ein gleichartig aufgebauter Direktantrieb zugeordnet. Sein Aufbau wird zusammen mit seiner Funktion bei der Beschleunigung der neuen Rolle 1 auf die synchrone Drehzahl ns beschrieben. Die elektrische Maschine 71 zum Antrieb der neuen Rolle wird von einem Stromrichter 73 gespeist, der ebenfalls als Vierquadrantensteller ausgebildet ist. Dem Stromrichter 73 ist ein Drehzahlregler 77 mit einem unterlagerten Stromregler 75 zugeordnet. Während des Beschleunigungsvorganges der neuen Rolle 1 ist wiederum der Hochlaufgeber 37 wirksam, der den Sollwert für den Drehzahlregler 77 nach einer vorgegebenen Rampenfunktion bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl hochfährt. Das Ausgangssignal des Hochlaufgebers 37 wird mit dem von einem Tachogenerator 72 abgegriffenen Drehzahl-Istwert in einem Vergleicher 78 verglichen. Die Drehzahldifferenz steuert den Drehzahlregler 77 aus. Die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 77 bildet den Sollwert für den unterlagerten Stromregler 75 und wird mit dem Stromistwert in einem Vergleicher 76 verglichen.

Die Regeldifferenz steuert den Stromregler 75 aus. Die Ausgangsspannung des Stromreglers 75 ist die Steuerspannung für den Steuersatz 74 zur Erzeugung der Zündimpulse für den Stromrichter 73.

Ein Rollenwechsel wird bei einem derartigen Rollenträger mit Direktantrieb in analoger Weise durchgeführt wie bei einem Rollenträger mit Gurtantrieb. Da jedoch beide Rollen 1, 2 mit einem Direktantrieb 71,63 ausgerüstet sind, sind keine Induktionsbremsen erforderlich und der Ablauf eines Rollenwechsels gestaltet sich etwas einfacher. Zunächst läuft in der normalen Abrollposition analog zu Fig. 1 die Bahn von der alten Rolle ab. Die Bahnspannung wird dabei über den Direktantrieb 63 nach Maßgabe des Lagereglers 8, des Drehzahlreglers 69 und des unterlagerten Stromreglers 67 geregelt. Die Regelparameter des Drehzahlreglers 69 werden von Recheneinrichtung 70 fortlaufend ermittelt. Unmittelbar vor dem Klebevorgang schwenkt der Rollenträger in die in Fig. 6 dargestellte Klebeposition. Die Beeinflussung der ablaufenden Rolle 2c durch den Direktantrieb 63 bleibt weiterhin im Eingriff. Gleichzeitig wird die neue Rolle 1 auf die synchrone Drehzahl in der beschriebenen Weise beschleunigt. Dabei werden diejenigen Daten ermittelt, die zur Berechnung des Anfangswertes des Trägheitmoments der neuen Rolle 1 und des Anfangswertes ihres Radius erforderlich sind. Unmittelbar vor dem Klebekommando wird die Vorgabe von optimierten Reglerparametern durch die Recheneinrichtung 70 an den Drehzahlregler 69 beendet. Die Recheneinrichtung 70 übernimmt die beim Hochlauf der neuen Rolle ermittelten Daten und berechnet über den Anfangswert des Trägheitsmoments der neuen Rolle 1 und den Anfangswert von deren Radius die optimierten Reglerparameter für die sich an den Klebevorgang anschließende Drehzahlregelung der neuen Rolle 1. Mit dem Klebekommando wird der Hochlaufgeber 37 abgeschaltet und statt dessen wird das Ausgangssignal des Lagereglers 8 auf den Vergleicher 78 des Drehzahlreglers 77 geschaltet. Gleichzeitig werden dem Drehzahlregler 77 die Anfangswerte der optimierten Reglerparameter durch die Recheneinrichtung 70 eingegeben. Die Recheneinrichtung 70 ermittelt daran anschließend fortlaufend die optimierten Reglerparameter aus der Abnahme des Radius der Rolle. Der Direktantrieb 63 wird abgeschaltet, die Restrolle entfernt und eine neue Rolle eingeschoben. Der Direktantrieb 63 ist bis zum nächsten Klebevorgang stillgesetzt.

Für die erforderlichen Berechnungen gelten die Gl. (1) bis (3) für die Regleroptimierung in gleicher Weise:



VK = VR · VS , (2)





VR = ka · TS . (2.2)

Für die Hochlaufzeit ts bei einem weitgehend linearen Hochlauf gilt ebenfalls die Gl. (5):



die wiederum zu Gl. (5.1) umgeformt werden kann:



Für eine von einem Direktantrieb (Index d) angetriebenen Rolle gilt jedoch anstelle von Gl. (6 g) die Gl. (14 d):

J&sub0; = JM + JW 0 . (14d)

Für den Anfangswert JW 0 des Trägheitsmoments der Rolle kann die Gl. (5.1) in die Gl. (14d) eingesetzt werden. Man erhält dann Gl. (14.1 d):



Der Anfangswert des Trägheitsmoments der Rolle läßt sich somit nach Gl. (14.1 d) berechnen, wenn man die synchrone Drehzahl ns, die Hochlaufzeit ts bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl, das Antriebsmoment Mk des Direktantriebes bzw. den hierzu proportionalen Ankerstrom sowie das Trägheitsmoment JM des Direktantriebes kennt. Diese Größen werden in der gleichen Weise ermittelt wie bereits beschrieben.

Für den Anfangswert TS 0 der Zeitkonstante der Regelstrecke gilt wiederum die Gl. (7)



Hieraus folgt der Anfangswert VR 0 der optimierten Reglerverstärkung nach Gl. (2.3):

VR 0 = ka · TS 0 . (2.3)

Für den Momentanwert der Zeitkonstante TS der Regelstrecke gilt wiederum Gl. (8):



Für den Momentanwert J des gesamten auf den Antrieb bezogenen Trägheitsmoments gilt bei einem Direktantrieb die Gl. (14 d) in der allgemeinen Form (14.2 d):

J = JM + JW . (14.2 d)

Löst man die Beziehung (8) wiederum nach TS auf und setzt Gl. (14.2 d) ein, so erhält man die Gl. (15 d)



Mit Gl. (9)



nimmt Gl. (15 d) die Form (15.1 d) an:



Führt man wiederum den wickelspezifischen Summanden A nach Gl. (10)



und einen für einen Direktantrieb spezifischen Faktor kd nach Gl. (16 d) ein:



so nimmt die Gl. (15.1) die Form (15.2) an:

TSd = A + kd · R 4W . (15.2 d)

Für die optimierte Reglerverstärkung VRd eines Drehzahlreglers bei einer Rolle mit Direktantrieb gilt dann Gl. (2.5 d)

VRd = ka(A + kd · R 4W). (2.5 d)

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 100 zur Ermittlung des Anfangswertes JW 0 der Rolle bei einem Direktantrieb. Die Schaltungsanordnung 100 enthält einen Integrator 96, der zu Beginn des Hochlaufs der neuen Rolle 1 über einen Schalter 94 an ein Potentiometer 93 angeschlossen wird. Der von einer Kommandostufe 103 betätigte Schalter 94 wird wieder geöffnet, wenn die Rolle 1 die synchrone Drehzahl ns erreicht hat. Der Integrator 96 integriert somit eine konstante Eingangsspannung so lange, bis die synchrone Drehzahl erreicht wird. Die Ausgangsspannung des Integrators 96 ist ein Maß für die Hochlaufzeit ts .

Dem Integrator 96 ist ein Divisionsglied 97 nachgeschaltet, dessen Dividendeneingang mit dem Ausgang des Integrators 96 und dessen Divisoreingang mit dem Tachogenerator 72 verbunden ist, der in der Darstellung der Fig. 6 dem Direktantrieb 71 für die neue Rolle 1 zugeordnet ist. Beim nächsten Rollenwechsel wird der Divisoreingang des Divisionsgliedes 97 mit dem anderen Tachogenerator 64 verbunden. Der Ausgang des Divisionsgliedes 97 ist mit dem einen Eingang eines Multipliziergliedes 98 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Strommeßwandler 79 zur Erfassung des Ankerstromes des Direktantriebs 71 der neuen Rolle 1 verbunden ist. Beim nächsten Rollenwechsel wird dieser Eingang des Multipliziergliedes 98 mit dem Strommeßwandler 104 des anderen Direktantriebes verbunden. Der Ankerstrom der jeweils die neue Rolle 1 beschleunigenden Maschine ist wiederum ein Maß für das Antriebsmoment. Zur Berücksichtigung der Proportionalitätsfaktoren wird die Meßspannung für den Ankerstrom über ein Potentiometer 105 geführt. Die Ausgangsspannung des Multipliziergliedes 98 wird in einem Vergleichsglied 99 mit einer Spannung verglichen, die auf einen dem Trägheitsmoment JM des Direktantriebes entsprechenden Wert eingestellt ist, beispielsweise an einem weiteren Potentiometer 102. Die Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes 99 ist ein Maß für den gewünschten Anfangswert JW 0 des Trägheitsmoments der Rolle bei einem Direktantrieb. Sie wird über einen Schalter 101 dem Rechner 70 zugeführt. Der Schalter 101 wird von der Kommandostufe 103 geschlossen, sobald die synchrone Drehzahl erreicht ist und unmittelbar nach der Übernahme des Anfangswertes des Trägheitsmoments in den Rechner 70 wieder geöffnet.

Fig. 8 zeigt das Zusammenwirken eines Drehzahlreglers mit einstellbarer Reglerverstärkung mit einem Rechner und mit den Schaltungsanordnungen zur Ermittlung des Anfangswertes des Trägheitsmoments der Rolle, des Anfangswertes des Rollenradius und des aktuellen Rollenradius. Die Bezugszeichen beziehen sich auf die Anwendung bei einem Rollenträger mit Gurtantrieb gemäß den Fig. 1 bis 5. In Klammern sind jeweils die Bezugszeichen für die Anwendung bei einem Rollenträger mit Direktantrieb gemäß den Fig. 6, 7 angegeben. Der Drehzahlregler 13 enthält einen Operationsverstärker, dessen Rückführung mit der Serienschaltung eines Kondensators und eines ohmschen Widerstandes beschaltet ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers wird über einen Eingangswiderstand und ein Multiplizierglied 106 mit der Regeldifferenz beaufschlagt. Die Nachstellzeit des Reglers, die als Produkt aus dem Widerstand des Eingangswiderstandes im invertierenden Eingang und der Kapazität des Kondensators in der Rückführung definiert ist, bleibt konstant, da sich voraussetzungsgemäß die Zeitkonstante der Strecke nicht ändert. Die Reglerverstärkung ist der Quotient aus dem Widerstandswert des Widerstandes in der Rückführung und des Eingangswiderstandes. Diese durch die Reglerbeschaltung vorgegebene Verstärkung ist veränderbar um einen Faktor V, der dem Multiplizierglied 106 an dessen zweiten Eingang zugeführt wird.

Der Faktor V wird als entsprechende Spannung vom Rechner 50 geliefert. Der Rechner 50 berechnet fortlaufend die Gl. (2.4 g) zur Ermittlung der optimierten Reglerverstärkung. Der Rechner 50 benötigt hierzu den Anfangswert JW 0 des Trägheitsmoments der Rolle 1, der ihm von der Schaltungsanordnung 80 nach Fig. 5 am Ende des Beschleunigungsvorganges der neuen Rolle 1 eingegeben wird. Der Rechner 50 benötigt weiterhin den Anfangswert RW 0 und den laufenden Wert RW des Radius. Diese Werte werden ihm in der zu Fig. 4 beschriebenen Weise zugeführt.

Bei einem Rollenträger mit Direktantrieb wird die optimierte Reglerverstärkung laufend von einem Rechner 70 nach Gl. (2.5 d) ermittelt. Der hierzu benötigte Anfangswert JW 0 des Trägheitsmoments der Rolle 1 wird von der Schaltungsanordnung 100 gemäß Fig. 7 am Ende der Beschleunigung der neuen Rolle 1 eingegeben. Der momentane Radius RW wird in bekannter Weise ermittelt, beispielsweise wie in Fig. 4 dargestellt ist. Der Anfangswert des Radius wird in diesem Falle nicht benötigt.

Außer der in Fig. 8 dargestellten Möglichkeit zur Veränderung der effektiven Reglerverstärkung sind auch andere aus der Regelungstechnik bekannte Wege möglich.

Für den Fall, daß auch die Nachstellzeit des Reglers optimiert werden soll, kann ein Kondensator mit veränderbarer Kapazität in die Rückführung des Drehzahlreglers eingeschaltet werden. Beispielsweise ist es möglich, einen motorisch angetriebenen Drehkondensator zu verwenden, der vom Rechner gesteuert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Regelanordnung für einen Rollenträger (3), bei dem von einer drehbar gelagerten Rolle (1) eine Bahn (B) mit vorgegebener Bahnspannung abgewickelt wird, wobei der Rolle eine elektromotorische Antriebs- oder Bremseinrichtung (5, 17) mit einem Drehzahlregler (13; 69, 77) und einem Rechner (50; 70) zugeordnet ist, der optimierte Regelparameter für den Drehzahlregler (13; 69, 77) fortlaufend aus den Streckenparametern ermittelt, nach Patent 27 32 644, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (50; 70) die optimierte Reglerverstärkung und/oder die optimierte Nachstellzeit des Drehzahlreglers (13; 69, 77) aus einem während des Hochlaufes der neuen Rolle (1) bestimmten Anfangswert (JW 0) ihres Trägheitsmomentes (JW) und dem momentanen Radius dieser Rolle (1) beim Abwickeln ermittelt.
  2. 2. Regelanordnung nach Anspruch 1 für einen Rollenträger (3) mit einem Gurtantrieb (4), dem eine elektrische Maschine (5) zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (80), die den Anfangswert (JW 0) des Trägheitsmoments (JW) der Rolle (1) aus Meßwerten für die synchrone Drehzahl (ns) für die Zeit (ts) bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl, für das Antriebsmoment der elektrischen Maschine (5) und für den Anfangswert (RW 0) des Radius (RW ) der Rolle (1) sowie aus vorgegebenen Werten für das Trägheitsmoment (Jm) der elektrischen Maschine (5) und dem Radius (r) der Antriebsrollen des Gurtantriebes (4) ermittelt.
  3. 3. Regelanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (80) mit folgenden Merkmalen:
    1. a) ein Integrator (81) zur Ermittlung einer der Hochlaufzeit (ts) proportionalen Spannung, der während der Beschleunigung der neuen Rolle (1) bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl (ns) an eine konstante Eingangsspannung (Potentiometer 83) angeschlossen wird,
    2. b) ein Divisionsglied (84), dessen Eingänge von der Ausgangsspannung des Integrators (81) und von der Tachospannung eines Tachogenerators (7) zur Erfassung der synchronen Drehzahl (ns) der neuen Rolle (1) beaufschlagt sind,
    3. c) ein Multiplizierglied (85), dessen Eingänge von der Ausgangsspannung des Divisionsgliedes (84) und von einer dem Antriebsmoment der elektrischen Maschine (5) proportionalen Spannung (Ankerstrom la) beaufschlagt sind,
    4. d) ein Vergleichsglied (87), das die Differenz der Ausgangsspannung des Multipliziergliedes (85) und einer dem Trägheitsmoment (JM) der elektrischen Maschine (5) proportionalen Spannung bildet,
    5. e) ein weiterer Multiplizierer (89) zur Bildung einer dem Anfangswert (JW 0) des Trägheitsmoments der Rolle (1) proportionalen Spannung, dessen Eingänge mit der Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes (87) und mit einer Spannung beaufschlagt sind, die dem quadrierten Wert des Verhältnisses des Radius (r) der Antriebsrollen des Gurtantriebs (4) und dem Anfangswert (RW 0) des Rollenradius (RW) entspricht.
  4. 4. Regelanordnung nach Anspruch 1 für einen Rollenträger mit einem elektrischen Direktantrieb (63, 71), gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (100), die den Anfangswert (JW 0) des Trägheitsmoments (Jw) der Rolle (1) aus Meßwerten für die synchrone Drehzahl (ns) für die Zeit (ts) bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl (ns), für das Antriebsmoment des Direktantriebes (63, 71) sowie aus einem vorgegebenen Wert für das Trägheitsmoment (JM) des Direktantriebes (63, 71) ermittelt.
  5. 5. Regelanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (100) mit folgenden Merkmalen:
    1. a) ein Integrator (96) zur Bildung einer der Hochlaufzeit (ts) proportionalen Spannung, der während der Beschleunigung der neuen Rolle (1) bis zum Erreichen der synchronen Drehzahl (ns) an eine konstante Eingangsspannung (Potentiometer 93) angeschlossen wird,
    2. b) ein Divisionsglied (97), dessen Eingänge von der Ausgangsspannung des Integrators (96) und von der Tachospannung eines Tachogenerators (72 bzw. 64) zur Erfassung der synchronen Drehzahl (ns) der neuen Rolle (1) beaufschlagt sind,
    3. c) ein Multiplizierglied (98), dessen Eingänge mit der Ausgangsspannung des Divisionsgliedes (97) und mit einer dem Antriebsmoment des elektrischen Direktantriebes (63, 71) proportionalen Spannung (Ankerstrom la) beaufschlagt sind,
    4. d) ein Vergleichsglied (99) zur Bildung einer dem Anfangswert (JW 0) des Trägheitsmoments (JW) der Rolle (1) proportionalen Spannung aus der Differenz der Ausgangsspannung des Multipliziergliedes (98) und einer dem Trägheitsmoment (JM) des Direktantriebes (63, 71) proportionalen Spannung.






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