Rastmoment Unterdrückung

Gültig für S300, S700

Allgemeines

Wenn der Antrieb im Drehzahl- / Lageregelungsmodus betrieben wird, bewirkt die Drehmoment- / Kraftwelligkeit eine Stromwelligkeit in der drehmoment- / krafterzeugenden Komponente. 

Das Prinzip der Rastmoment Kompensation besteht darin, ein Vorsteuersignal zum Sollwert der q- Komponente des Stroms hinzuzufügen, wodurch eine Ausbreitung der Welligkeit auf die äußeren Regelkreise (Drehzahl, Position) verhindert wird. Dies resultiert in einem gleichmäßigen Drehmoment-/Krafteinsatz über den gesamten Verfahrbereich hinweg. 

	COGMODE  1	COGMODE  2	COGMODE  3
Anzahl Tabellenpunkte	256	256	4096
OPMODE zur Tabellenerstellung	8	0	0
Referenz	erforderlich	abh. von DRVCNFG3 Bit 7	nicht erforderlich
COGFILT	wirksam	wirksam	keine Funktion
Anwendung	- Inkrementelles Feedback - Linearmotor		nur bei rotatorischen Motoren mit absolutem Drehgeber
DRVCNFG3 Bit 7	nicht setzen	0 = PFB verwendet => Referenz erforderlich 1 = PRD verwendet => keine Referenz erforderlich (nur bei rotatorischen Motoren mit absolutem Drehgeber)	keine Funktion

Stromvorsteuerung 

Die Stromvorsteuerwerte werden aus einer Tabelle ausgelesen und zum Ausgangssignal des Drehzahlreglers hinzugefügt. Da sämtliche Vorsteuersignale nur im Drehzahl- und Lageregelungsmodus angelegt werden, ist die Cogging- Kompensation in den Betriebsmodi OPMODE 2 und 3 über den Parameter FFTSW (Bit 0 = 1) ab/zuschaltbar (s.u. useful ASCII commands). Die Stromvorsteuerwerte werden anhand der Positionsrückführung PFB referenziert; daher ist die Cogging- Kompensation nur dann aktiv, wenn der Referenzpunkt eingestellt ist. Für den korrekten Betrieb der Stromvorsteuerung muss sichergestellt werden, dass sich der Referenzpunkt immer an derselben Position befindet wie während der Erstellung der Stromvorsteuertabelle. Die Stromvorsteuerung wird über den Befehl COGMODE aktiviert (1 bedeutet aktiviert, 0 bedeutet deaktiviert; 0 ist die Standardeinstellung). Vor der erstmaligen Verwendung der Cogging- Kompensation muss mithilfe des Befehls CALCCOG eine Tabelle mit Stromvorsteuerwerten erstellt werden. 

Kompensierter Verfahrbereich 

 

Bei Linearmotoren deckt die Tabelle der Stromvorsteuerwerte exakt den Verfahrbereich ab, über den der Befehlswert der q- Komponente des Stroms hinweg aufgezeichnet wurde. Dieser Bereich kann Polpaar- Abstände von 1/4, 1/2, 1, 2, 4, ..., 2n umfassen, wobei n eine positive Ganzzahl darstellt. Außerhalb des kompensierten Bereichs werden die Stromvorsteuerwerte auf 0 gesetzt.

Aufzeichnung der Stromvorsteuerwerte 

Die Stromvorsteuerwerte werden mithilfe des Befehls CALCCOG aufgezeichnet.

Dieser Befehl startet einen Fahrauftrag, auf den hin der Motor von einer bestimmten Startposition aus mit einer konstanten, zuvor festgelegten Geschwindigkeit den zu kompensierenden Fahrbereich abfährt. Während der Ausführung dieses Fahrauftrags werden die Befehlswerte der q- Komponente des Stroms aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Werte werden gefiltert, die konstante Komponente wird herausgerechnet und die modifizierten Werte werden in die Stromregeltabelle geschrieben. Die konstante Komponente der q- Komponente des Stroms muss aus den Stromvorsteuerwerten herausgerechnet werden, da nur die Stromwelligkeit kompensiert werden muss.

Die Ausführung des CALCCOG- Befehls ist nur möglich, wenn die folgenden Voraussetzen erfüllt sind:

• Da zur Aufzeichnung der Stromvorsteuerwerte ein Fahrauftrag verwendet wird, muss OPMODE auf 8 gesetzt sein. 
• Der Referenzpunkt muss eingestellt sein. 
• Der Antrieb muss freigegeben sein. 

Der gültige Parametersatz für den CALCCOG- Befehl ist vom Motortyp (MTYPE) abhängig.

Rotative Motoren (MTYPE <> 2)

Syntax:    CALCCOG (velocity)

Bei rotativen Motoren entspricht der Verfahrbereich immer einer einzigen Umdrehung, beginnend von der aktuellen Position aus. Wenn der optionale Parameter für die Drehzahl ausgelassen wird, beträgt die Verfahrdrehzahl 5 U/Min.

Linearmotoren (MTYPE = 2)

Syntax:    CALCCOG (Geschwindigkeit) (Distanz) (Startposition)

Bei Linearmotoren umfasst der Verfahrbereich einen einzelnen Polpaar- Abstand, wenn der optionale Parameter für die Distanz ausgelassen wird. Wenn der optionale Parameter für die Startposition gegeben ist und von der aktuellen Position abweicht, wird ein Fahrauftrag erstellt, und der Motor bewegt sich mit der Geschwindigkeit VREF zu der zugewiesenen Startposition. Bei Auslassung der Startposition wird die aktuelle Position als Startposition gewählt. Der optionale Parameter für die Distanz legt den Verfahrbereich fest, über den die Cogging- Kompensation hinweg aktiv sein soll. Die für diesen Parameter gültigen Einstellungen sind im Abschnitt „Kompensierter Verfahrbereich" angegeben. Ungültige Einstellungen führen zu einer Fehlermeldung. Der optionale Parameter für die Geschwindigkeit legt die Verfahrgeschwindigkeit während der Aufzeichnung der Stromregelwerte fest. Wenn dieser Parameter ausgelassen wird, beträgt die Verfahrgeschwindigkeit 5 Polpaare pro Minute.

Hinweis: Parameter können nur von rechts nach links ausgelassen werden, d. h. es ergeben sich folgende gültige Befehlszeilen:

• CALCCOG (Geschwindigkeit) (Distanz) (Startposition) 
• CALCCOG (Geschwindigkeit) (Distanz)  
• CALCCOG (Geschwindigkeit)  
• CALCCOG

Bei Beendigung von CALCCOG wird die Tabelle automatisch im Flash- EEPROM des Antriebs gespeichert und kann aktiviert werden, indem COGMODE  1, 2 oder 3 gesetzt wird (s. o. Tabelle).

Hinweis zur Geschwindigkeit

Ohne Angabe einer Geschwindigkeit wird CALCCOG mit einer Drehzahl von 5 /min ausgeführt. Bei hochauflösenden Gebern und auch bei COGMODE  3 (große Tabelle) ist es sinnvoll einen niedrigeren Drehzahlsollwert, z.B. 2/min, vorzugeben.

Filterung

Wie bereits im Abschnitt „Aufzeichnung der Stromvorsteuerwerte“ erwähnt, muss die konstante Komponente aus den aufgezeichneten Werten herausgerechnet werden. Außerdem ist das Signal um Störungen und Rauschen zu bereinigen. Für diesen Zweck wäre ein konventioneller Tiefpass- Filter geeignet, der allerdings den Nachteil einer Phasenverzögerung des Regelsignals mit sich bringt. Alternativ kann das Signal mithilfe der schnellen Fourier- Transformation (Fast Fourier Transform, FFT) in die Frequenzdomäne umgewandelt und nach Bereinigung des Spektrums um alle unerwünschten Frequenzkomponenten mithilfe der invertierten schnellen Fourier- Transformation (Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) wieder in die ursprüngliche Domäne zurückverwandelt werden. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass sich keine Phasenverzögerung des Regelsignals ergibt. Ein weiterer Vorteil ist der, dass die konstante Komponente des Signals in der Abtastung 0 des Spektrums mit der Abtastzahl gewichtet angegeben wird. Somit muss zum Herausrechnen der konstanten Komponente aus dem Signal lediglich die Abtastung 0 des Spektrums auf Null gesetzt werden.

Parametrieren des Filters 

Der Filter lässt sich mithilfe des Befehls COGFILT parametrieren. Dieser Parameter stellt einen Bandbreitenfaktor dar, der Werte im Bereich von 0 bis 1 annehmen kann. Wenn COGFILT auf 0 gesetzt ist, werden alle Frequenzkomponenten aus dem Spektrum entfernt. Wenn COGFILT auf 1 gesetzt ist, erfolgt keinerlei Filterung.

Bei einer beliebigen anderen Einstellung von COGFILT werden alle Abtastungen von 
                   COGFILT *N/2  bis  (N-1) - COGFILT *N/2 
aus dem Spektrum entfernt. 
Im Falle von N=1024 und COGFILT =0,1 beispielsweise werden die Abtastungen 51 bis 972 aus dem Spektrum entfernt. Die Werte in diesem Beispiel wurden mit Absicht so gewählt, denn bei der derzeitigen Implementierung der Cogging- Kompensation wird eine Tabelle mit 1024 Werten verwendet und die Standardeinstellung für COGFILT lautet 0,1, da sich dieser Wert für die meisten getesteten Motoren als geeignet erwiesen hat.

Hinweis

Bei Cogging Effekten mit höheren Frequenzen erzielt die Kompensation bessere Resultate, wenn der Filter mit COGFILT 1 deaktiviert wird.

Vorgehensweise

Voraussetzung :

Die Regelkreise müssen optimiert sein (CTUNE, OTUNE, Autotuning, siehe Onlinehelp der Inbetriebnahmesoftware)

Coggingkompensation im Lageregler:

1. COGMODE 0
2. OPMODE 8
3. EN
4. CALCCOG
5. COGMODE 1

Coggingkompensation im Drehzahlregler:

1. COGMODE 3 oder COGMODE 2 und DRVCNFG3 Bit7 = 1 (SAVE COLDSTART erforderlich) 
2. OPMODE 0
3. EN
4. CALCCOG

Hilfreiche ASCII Kommandos:

DRVCNFG 0x100	Resolver als Absolutgeber (2poliger Resolver = absolut in einer Umdrehung)
DRVCNFG3 0x16	Fehler schnell Resettieren
COGFILT	Tiefpassfilter der Coggingfunktion
COGRED	Faktor der GV Reduzierung während der Coggingmessung
FFTSW 1	Cogging Kompensation im Stromregler aktivieren.

Test des Coggings im Drehzahlregler

1. OPMODE 0
2. COGMODE 1, 2 oder 3 (wie bei Ermittlung der Tabelle)
3. GVTN 0
4. GV 0.001
5. EN

Cogging durch Drehen der Motorwelle von Hand testen. Durch Umschaltung von COGMODE zwischen 0 und x ist ein direkter Vergleich mit/ ohne Kompensation möglich.

Überprüfen der Cogging Tabelle

Die mit CALCCOG aufgenommene Tabelle wird im Speicher des Reglers hinterlegt und kann mit Hilfe der Oszilloskopfunktion in DriveGUI angesehen/ überprüft werden:

1. Im Oszilloskop als Triggersignal (benutzerdefiniert) COGTAB eingeben und als Trigger-Level 0 einstellen. Beim Start der Aufzeichnung wird die Cogging Tabelle geladen und zusammen mit der Position angezeigt. Skalierung: Stromwerte: 3280 Inkremente = Spitzenstrom (DIPEAK) des Reglers, Position: 1 Umdrehung = 2^32 
2. Bei drehendem Motor kann die (Makro-) Variable ICMDCOG aufgezeichnet werden. Sie zeigt den aktuell genutzten Tabellenwert in Inkrementen.

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