Übung 6.2

Die Räder eines mobilen Roboters werden von Gleichstrommotoren angetrieben. Der Motor wird von einer PWM-Ausgangskarte angesteuert, d.h. die Frequenz der von ihr ausgegebenen Impulse ist proportional zur Drehzahl des Motors. Im Unterschied zum Servoantrieb aus Beispiel 6.3 werden Drehzahl- und Lageregelung aber nicht in der Umrichterelektronik ausgeführt. Es soll ein Simulationsbaustein entwickelt werden, der das dynamische  Übertragungsverhalten von Motor, Getriebe und Drehgeber modelliert.

1. a) Entwickeln Sie einen Funktionsbaustein zur Simulation des Motors, der die Frequenz als analoge Größe einliest und die Motordrehzahl simuliert!
2. b) Entwickeln Sie einen Funktionsbaustein zur Simulation des Getriebes, das gemäß der Motordrehzahl den Radwinkel berechnet!
3. c) Entwickeln Sie einen Funktionsbaustein zur Simulation des Drehgebers, der einen Zählwert für die vom Encoder  (s. Ubung 6.1) gemessenen Impulse simuliert!
4. d) Setzen Sie die Bausteine aus a-c) im Funktionsbaustein SIM_Axis_DC zusammen!

Lösung:

a) Der Motor hat PT1-Verhalten, d.h. die Übertragungsfunktion ist GM=KM/(1+TMs).

FUNCTION_BLOCK SIM_PT1    (* Funktionsbaustein zum Glätten der Geschwindigkeit *)
VAR_INPUT
    y: REAL;                        (* Eingang *)
    K,T_T0: REAL;                (* Parameter *)
    STOP:BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    x: REAL;                        (* Ausgang *)
END_VAR
VAR    (* Gedächtnis der alten Ausgangsgröße / Ausgangsgröße des vorhergehenden Zykluses *)
    x_alt: REAL;
END_VAR

IF STOP THEN
  x:=0;
ELSE
    x:=(T_T0*x_alt+K*y)/(1+T_T0);    (* Berechnung der gedämpften Ausgangsgrösse *)
END_IF;
x_alt:=x;                            (* Zwischenspeichern des aktuellen Ausgangswertes *)

b) Das Getriebe hat I-Verhalten, d.h. die Übertragungsfunktion ist GG=KG/s.

FUNCTION_BLOCK SIM_I
VAR_INPUT
    y:REAL;
    K_I:REAL;
    x0:REAL;
    Reset:BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    x:REAL;
END_VAR

IF Reset THEN
    x:=x0;
END_IF
x:=K_I*y+x;

c) Der Encoder erzeugt für die vom Getriebe ausgegebenen Position einen Zählwert, den die Encoderkarte als DINT ausgibt.

FUNCTION_BLOCK SIM_CIN
VAR_INPUT
    IN:REAL;
    DIR1: BOOL;
    DIR2: BOOL;
    PV_MAX:REAL;
    PV_MIN:REAL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    OUT:UDINT;
END_VAR
VAR
    dataword:REAL;
END_VAR

IF ABS(PV_MAX-PV_MIN)>0.001 THEN
  dataWord:=(20000/(PV_MAX-PV_MIN))*(IN-PV_MIN);  (* 20000 Impulse/Umdrehung*T0echt/T0Sim *)
END_IF
OUT:=REAL_TO_UDINT(dataWord);
IF NOT Dir1 AND NOT Dir2 THEN
  dataWord:=0;
END_IF

d)