Übung 4.5 Drehzahlregelung eines Motors mit Pulsweitenmodulation (PWM)

Ein Gleichstrommotor wird über eine PWM-Ausgangsbaugruppe (s. Bild 2.11) angesteuert, die Impulse an den Stromsteller des Motors ausgibt. Je größer das Puls-/Pausenverhältnis, das einen Wert zwischen 0 und 100% einnehmen kann, umso schneller dreht sich der Motor. Die Winkelgeschwindigkeit des Motors wird durch einen Drehgeber aus Übung 4.4c ermittelt.

a) Ermitteln Sie im Programm GI_1 aus den eingelesenen Impulsen die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Motors!

b) Programmieren Sie im Programm NC_1 die Drehzahlregelung des Motors und geben Sie den Stellwert des Reglers als Puls-/Pausenverhältnis an die PWM-Ausgangsbaugruppe aus! Das Puls/ Pausenverhältnis wird als 16-Bit-Ausgangsdatenwort ohne Über- und Untersteuerungsüberwachung, d. h. als reines Datenwort mit einem Wertebereich von 0..65535, an die PWM-Baugruppe ausgegeben. Passen Sie hierfür den Funktionsbaustein TYP_AOUT entsprechend an!

c) Parametrieren Sie den Regler und zeichnen Sie die Zeitverläufe der Soll-, Ist- und Stellsignale als Traceaufzeichnung auf!

Lösung:

a, b) Die Programme GI_1, NC_1 und der Funktionsbaustein TYP_AOUT sind im Projekt U4_5_Drehzahlregler.project^1,2) programmiert.

c) Zur Reglerparametrierung nimmt man die skizzierte Sprungantwort (Regler in MAN, MV_MAN=100) auf. Daraus ergibt sich für den Motor mit Verzögerungsverhalten 1. Ordnung der Verstärkungsfaktor K_M=1 und die Verzögerungszeit T_M=1,1s. Zur Regelung dieser PT1-Strecke wird ein PI-Regler eingesetzt mit K_P=K_M/2 und T_N=T_M (TN_T0=11, da T₀=100ms). Erhöht man K_P=K_M und reduziert T_N=T_M/2 erhält man ein gedämpftes Überschwingen von ca. 5%.

Dieses Video zeigt die Software und die simulierte Regelung.