Hi Leute,

ich hab 'mal wieder eine Frage. Ich sitze immernoch an meiner Masterarbeit ( "Automobil"-Prüfstand für kleine Fahrzeuge wie Gokarts). Es ist kaum noch Zeit und so richtig krieg ich es immernoch nicht hin, alles umzusetzen, was mindestens laufen muss.

Aktuelles Problem:

Im Rahmen von Analysen und Testmessungen bin ich gerade dabei die Motorkennlinie vom GX200 Honda Kleinmotor zu "ermitteln". Dazu nutze ich folgenden Aufbau:

(ACHTUNG: breites Bild -> nach rechts scrollen (mittlere Maustaste))

Abb. 1: Aufbau zum Vermessen des Gokartmotors (Honda GX200)
- Ihr seht auf der linken Seite den 1FT7..-Siemens Servo, dann zwei Metallbalgkupplungen, die die bläuliche Drehmomentmesswelle einrahmen, ein Stehlager und zwei Flansche, die zusammen in den Motor ragen und dort Drehungen ausführen oder dort gedreht werden -

An der Stelle, wo mein E-Strang in den GX200 reinragt, sitz normalerweise das Anzugsseil (stino Wald und Wiesen Rasenmähermotor). Um das Problem zu lösen, habe ich eine Rampe für den Servo programmiert, die in einer Sekunde auf Leerlaufdrehzahl des GX200 mit 10 Nm TorqueLimit dreht und dann spingt das Torquelimit auf 0 Nm. Ist die GX200 Zündung eingeschaltet, so ist das im Grunde eine Starthilfe und ab da hält der Motor sich selbst in Leerlaufdrehzahl, und treibt die ganzen Servo-Motorkomponenten.

Durch Trapezrampen habe ich im Vorfeld so leidlich die Trägheitsmomente vom GX200, vom Servo (1FT7-...) und die ganzen Amaturen (wie z.B. Drehmomentmesswelle, Stehlager, Radnabenflansch, etc.) bestimmt. Heißt durch die Trapezmethode habe ich so ungefähre Trägheitmomente der sich drehenden Teile ermittelt (Warum ungefähr?, weil das Trägheitsmoment bei den Messungen nie über den gesamten Drehzahlbereich konstant ist > ergo Mittelwert). Bei den meisten Werten helfen aber auch die Datenblätter. Das deckt sich einigermaßen gut mit den Messergebnissen für die Trägheiten. Nur der GX200 hat eben keine dokumentierte Trägheit... nun weiter..

Zunächst habe ich nun Vollgasmessungen vom GX200 mit anschließendem Ausrollversuch gemacht. Durch die "Kenntnis" von J, also dem Trägheitsmoment, kann man das Beschleunigungsmoment M_B ermitteln (positive Drehzahlrampe) und das Widerstandsmoment M_W beim Ausrollen ermitteln (negative Drehzahlrampe).
Hat man dies beides, kann man mit M_A = M_B + M_W auf das Antriebsmoment schließen, also jenes Moment, was an der Kurbelwelle des GX200 ansteht und die rotierenden Teile beschleunigt (Servo, Amaturen).
Nach ganz viel MATLAB Datenverarbeitung, fittings, etc. erhalte ich beispielsweise so eine Motorkennlinie:

Abb. 2: ermittelte Motorkennlinie des HONDA GX200

SIeht erst einmal nicht schlecht aus, würde man meinen, aber zum Vergleich, will ich den einzigen Schnipsel anhängen, der offiziell über den GX200 bekannt ist:

Abb. 3: SOLL-Motorkennlinie des GX200

Man erkennt, dass ich die Leistung und das Moment zu hoch ermittelt habe. Im HONDA Datenblatt wird bei dem Schnipsel auf SAE J1349 Bedingungen verwiesen... ja keine Ahnung. Ich denke mir nur jetzt, dass die "Last", unter der ich meine Messung gemacht habe, möglicherweise zu gering ist. Denn letztendlich hat mein GX200 bei meiner Messung nur ein bisschen rotierende Masse gesehen, deren Trägheitsmoment jetzt nicht die Welt ist. Die positive Drehzahlrampe wird in meiner Messung  z. B. in ca. 1.2 s durchfahren (von ca. 1500 rpm auf 4950 rpm] und die Ausrollrampe dauert ca. 3 s. Das sind natürlich keine Vollastbedingungen.
Per Definition müsste es eigentlich egal sein, in einem idealen System. Der Motor hat ein gewisses Repertoire an Moment über Drehzahl. Ist die angeschlossene Last gering, so schafft er es die geringe Last zügig zu beschleunigen, die Kennlinie also schnell zu durchlaufen (wie bei mir z. B. nur wenig rotatorische Masse, die beschleunigt werden muss (J ist klein also ist α groß ( aus M = J*α )). ist die Last größer, so verrichtet er die gleiche Arbeit, aber braucht für die gleiche Rampe länger (J ist groß also ist α klein ( aus M = J*α )).

Nun wollte ich ausporbieren, dass der Servo im Moment der "Energieabgabe" - Sprung von Antreibenden +10 Nm auf 0 Nm TorqueLimit - ab da drehzahlabhängig ein Gegenmoment erzeugt. So könnte ich z. B. auf dem Prüfstand, unter diesem Aufbau simulieren, dass das Kart fährt (z. B.). Generell muss ich ja sagen: "Servo fahre im generatorischen Betrieb bitte die ZIEL-Drehzahl 0 rpm an und du darfst dazu XYZ Nm TorqueLimit benutzen." Ich hole mir durch einen zyklischen OB alle 50 ms die momentane Drehzahl und den Zeitstempel. Dann berechne delta n durch delta t und erhalte eine "ruhigere" Beschleunigung, als wenn ich Sie dire aus dem TO von der Positionierachse (Servo) auslese.
Dennoch zitert die Beschleunigung stark um ihren Mittelwert, das führt dazu, dass der Servo das Gegenmoment "schön unkontinuierlich" anlegt und es immer zu Schlägen auf der Welle kommt. Das Problem: - berechne ich aus dem alpha noch den gleitenden Mittelwert, so verzögere ich mein Signal um die Fensterbreite, heißt ich berechne ein Alpha und daraus ein M_Gegen, was dann zu spät angelegt wird, da ist die Drehzahl schon wieder höher. Moment und Drehzahl passen dann nicht mehr zueinander.

Ich würde gern z. B. sagen, wenn die translatorische Masse des Karts (80+95) kg ist, dann soll ich den Beschleunigungsphasen des GX200 (positive Drehzahlrampe) der Servo ein Gegenmoment von z. B. J*α aufbringen, wobei J jetzt eben nicht mehr so klein ist, wie bei der eingangs beschriebenen Messung sondern z. B. der translatroischen Masse draußen auf der Straße entspricht ( m_T*α*r² = J*α -> J = m_T*r² = 175 kg * 0.131² m²= 3 kgm² ). Wenn ich also den Servo, gesteuert durch das momentane α (alpha)und einem Trägheitsmoment von J = 3 kgm², ein Gegenmoment erzeugen lasse, dann würde ich damit simulieren, dass der Motor die Kartmasse vor sich herschiebt.

Derzeit versuche ich es mit .. umzusetzen:

...
2:
    #PT := T#20S;                                       // Timerlaufzeit für case 3
    "physSignals_DB".TLim_Nm_Ax1 := 10.0;               // M zum Anlassen des GX200
    "physSignals_DB".nSOLL_dps_Ax1 :=                   // linear Drehzahlrampe
       ( 1500.0 * DINT_TO_REAL("IEC_Timer_0_DB_4".ET)/1000 + 0.0 ) * 6.0;
   
    IF #nFlag THEN                // wenn case 2 und Timer- Runde 2 fertig, dann ..
      "Bewegungssteuerung_DB".MCJog_fwd_Ax1 := TRUE;     // schalte Jog wieder aus
      #TTrig := TRUE;                                    // starte Timer Runde 3
      #state += 1;                                       // erhöhe Case-Var
    ELSE                                                 // sonst
      "Bewegungssteuerung_DB".MCJog_fwd_Ax1 := FALSE;    // Reset Jog
       #TTrig := FALSE;                                  // reset Timer Trigger
    END_IF;

3:
    #PT := T#4S;                                        // Timerlaufzeit für case 4
    "RollenPST_DB".alpha :=                             // berechne alpha
      ("RollenPST_DB".n2 - "RollenPST_DB".n1) /
      ("RollenPST_DB".dt) * 2.0 * #pi / 60.0;
    IF #JzON AND ABS("RollenPST_DB".n2) > 1700 THEN     // wenn GX200 schneller
                      // als 1700 rpm dreht, dann aktiviere dynamisches Gegenmoment
      "physSignals_DB".TLim_Nm_Ax1 :=
        #Jtrans * "RollenPST_DB".alpha;                 // dyn. Gegenmoment
      "physSignals_DB"."aSOLL_rpm/s_Ax1" := 500.0;      // Beschleunigungen während
      "physSignals_DB"."-aSOLL_rpm/s_Ax1" := 500.0;     // der dyn. Last
    ELSE
      "physSignals_DB".TLim_Nm_Ax1 := 0.0;              // sonst kein Servo-Moment
    END_IF;
      "physSignals_DB".nSOLL_dps_Ax1 := 0.0;            // generell nSOLL = 0
     
    IF #nFlag THEN              // wenn case 3 und Timer- Runde 3 fertig, dann ..
      #state := 0;                                      // zurück auf Start
    ELSE
      #TTrig := FALSE;                                  // reset Timer-Trigger
    END_IF;
 
  ELSE
    #state := 0;                                        // sonst Schritt 0
  END_CASE;
...

Im Case 3 wird das momentane Gegenmoment, was abhängig von der GX200 verursachten Drehzahl wirken soll, berechnet und soll im idealfall wirksam werden. Ich habe versucht, das Schlagen / Rucken bei schwankenden Beschleunigungswerten abzufangen, indem ich für diesen Abschnitt die TO-Beschleunigung herunter setze, aber das bewirkt nicht sehr viel. Spätestens bei der negativen Drehzahlrampe (Ausrollprozess, wenn ich das GX200 Gas loslasse) knallt mir ein Moment rein, was den Motor sofort absterben lässt.

Auch ein Herausschrauben der Zündkerze (sodass die Kompression vom GX wegfällt) und ein Ausführen vom OBT-Tuning passt die Reglerparameter dahingehend nicht so an, dass das Gegenmoment schön sanft und kontinuierlich anliegt.

Hat jemand eine Idee oder kann jemand teilen, wie er solche drehzahlabhängigen Momente realisiert ?Mir drückt zeitlich wirklich der Schuh. Im März ist Abgabe und mein Prüfstand kann einfach noch nicht das, was er soll. Finden wir hier eine gute Lösung, so kann ich die dann auch für den Hauptbetriebsfall nutzen:

Kart auf den Prüfstand aufspannen und Gasgeben. Den Prüfstand ( 2 Servos ) dabei genau die WIderstände erzeugen lassen, die bei der indoor-Messung fehlen ( Wind, Steigung, Roll, und Beschleunigung der abmontierten Reifen, also M_B )

Vielen Dank fürs Lesen und viele Grüße

Edit 1: Abb. 1 war irgendwie weg

Edit 2: Abb. 1 kommt irgendwie nicht wieder, obwohl sie in der Vorschau und beim SChreiben korrekt angezeigt wird -> Anhang

Hallo Zottel

so richtig verstanden habe ich das Problem noch nicht. Welche STEP 7 (TIA Portal) Version haben Sie?
Verwenden Sie eine SIMATIC S7-1500T CPU und wenn ja welche?

Zu dem FB "LRailCtrl_MC_TorqueLimiting" gibt es ein Beispiel zur Parametrieung und Anwendung. Dies ist in dem Anwendungsbeispiel " SIMATIC S7-1500T: Ansteuerung eines Multi-Carrier-Systems" im Siemens Internet beschrieben. Anbei der Link:
https://support.industry.siemens.com/cs/ww/de/view/109762340

Vielleicht hilft Ihnen das Anwendungsbeispiel ein wenig weiter.

Huhu Cicero,

Danke für die Rückmeldung.

Ja ich sabbel immer viel, weil ich immer versuche, dass es jeder vor dem geistigen Auge sehen kann und genau weiß, was ich meine .. und schgeinbar erreiche ich damit genau das Gegenteil ^^

Ich benutze

- eine S7 1516
- eine CU 320 mit Rückspeiseeinheit und 2 x FUs
- zwei 1FT7-.. Servos

Generell arbeite ich auch schon mit den MC-Bausteinen. Generell benutze ich auch immer schon MCTorqueLimitting, aber bisher eben immer nur für verhältnismäßig langsame Änderungen des Limits (Also z. B. dauerhaft konstante Lastbegrenzung, oder abschnittsweise Unterscheidung etc.). Ich benutze / benutzte es bis jetzt noch nicht als wirklichen Funktionswert.

Jetzt würde ich gern mit dem GX200 eine Beschleunigungsrampe fahren (Vollgas) und zu jedem Abtastzeitpunkt (z. B. OB30 a la 50 ms) das TorqueLimiting aktualisieren nach:
M_Lim = J_0 * alpha, wobei ich alpha dann eben nach jedem OB30 Aufruf neu berechne (Differenzenquotient). Ich will also den Wert von der Drehmomenbegrenzung drehzahlabhängig und "quasi"kontinuierlich nachsteuern. Die bisherigen Versuche laufen aber ***e.

Ich bräuchte quasi mal einen Tipp, wie genau Ihr das Problem löst, falls ihr mal eine Anwendung habt, bei der ihr drehzahlabhängig die Momentbegrenzung steuert (richtig als Funktion).

Ich habe gerade mal getraced und hoffe a), dass er die Bilder korrekt darstellt und b), dass man so besser versteht, was ich meine.

Die folgende Abbildung zeigt die exemplarische Drehzahlrampe des GX200, die beabsichtigt ist:

(hoffentlich dargestellte breite Abbildung - Scrollen nach rechts mit mittlerer Maus)

n2, also der neuere Drehzahl-Momentanwert, ist blau. n1, also der Vorgängerwert ist grün. Der Servo fährt die "jump start"-Rampe um den GX200 zu starten - Starthilfe zu geben. Diese Rampe beschleunigt in 1 [s] auf 1500 [rpm]. Dann läuft der Motor kurz im Leerlauf (der GX200) und treibt dabei den Servo an, dessen Moment nach der 1 [s] Beschleunigung auf 0 [Nm] herunter gesprungen ist. Der Servo übt so kein Gegenmoment auf den GX200 aus und kann mitgetrieben werden. Bei ca. t = 3,5 [s] betätige ich den Gashahn am GX200 und die Drehzahl läuft von 1500 [rpm] idle speed auf ca. 4800 [rpm] max GX200-speed. Am Maxpunkt lasse ich den Gashahn schlagartig los und der GX200 tourt durch die wirkenden Widerstände zügig herunter zurück auf Leerlauf drehzahl.

Ziel ist es nun mit guter Zeitauflösung den Differenzenquotient der Drehzahl zu bilden, so alpha zu erhalten und damit dann während der Beschleunigung von 1500 [rpm] auf 4800 [rpm] ein aus alpha resultierendes Gegenmoment zu erzeugen - durch den Servo. Das würde simulieren, dass der GX200 seine translatorische Masse vor sich herschiebt - also eine Fahrt unter etwas mehr Last, als den GX200 nur so drehen zu lassen. Das Problem ist, dass der Differenzenquotient nicht nur hin un her springt, sondern teilweise auch mittendrin die richtung ändert (positiv und negativ). Mit M_w = J * alpha, wobei ich J z. B. auf 3 [kgm²] setzen möchte, kann ich das voll vergessen.

Bildlink: [snip]

(hoffentlich dargestellte breite Abbildung - Scrollen nach rechts mit mittlerer Maus)

Das sehen wir in dieser Abbildung. Die Beschleunigung aus dem Differenzen-Qoutient ist die rote Kennlinie. Zusammen mit der Drehzahl in einem DIagramm sieht das dann so aus:

Bildlink: [snip]

(hoffentlich dargestellte breite Abbildung - Scrollen nach rechts mit mittlerer Maus)

Absolut nicht zu gebrauchen.Man darf nicht vergessen, bei jedem Vorzeichenwechsel würde der Servo einmal treiben, einmal bremsen wollen. Es kommt zu Momentschlägen, die der berechneten Winkelbeschleunigung folgen.

Na klar! werden jetzt einige denken, das ist eben das PRoblem der diskreten Abtastwerte, bilde den Mittelwert oder den Median, aaaaabbbber ... ich kann nicht großartig mehrere Werte zu einem zusammenfassen, das führt - bzw. würde - stets dazu, dass dann das berechnete Gegenmoment einer falschen IST-Drehzahl auferlegt wird.Beispielsweise wird ein alpha-Mittelwert aus den letzten 3 Werten gebildet, dann liegt das daraus resultierende Drehmomentbei der neusten Momentandrtehzahl an. Da aber durch den Median, das alpha geglättet und geringer / höher ist als der reale Momentanwert wäre, wird ein nicht korrektes, ein falsches Gegenmoment bei der kürzlichsten ISTdrehzahl erzeugt. Nämlich eines, was theoretisch bei einer etwas niedrigeren Drehzahl greifen würde, die real ohne Mittelwert genau das berechnete alpha-Ergebnis erzeugt hätte.

Ich habe jetzt versucht, das mit Fallunterscheidungen zu arbeiten, so nach dem Motto, das berechnete Momentan-Drehmoment M = J*alpha wird nur erzeugt, wenn die Drehzahl geringer als -1700 [rpm] ist, damit will ich realisieren, dass ich hoffentlich nicht in dem schwankenden alpha-Bereich bin, wie er bei Leerlaufdrehzahl zu erkennen ist. Dort alternieren die alphas zwischen +180 [rad/s²] und -240 [rad/s²] (vgl. Abb.). Weitere sage ich z. B. bilde das Moment nur, wenn alpha < -50 [rad/s³] ist, damit will ich auch ein bisschen abfangen, dass zu geringe alphas schon zur Momentbildung führen, obwohl da noch gar keine Beschleunigung anliegt.

Die Frage ist / bleibt, wie würdet ihr so ein Problem lösen, wo man eigentlich gern Kurvendiskussion und kontinuierliche Funktionen hätte? Hat jemand schon mal versucht die Werte für MC_TorqueLimitting drehzahlabhängig zu aktualisieren?

Edit 1: natürlich klappt es wieder nicht mit den Bildern. Eines zeigte das Forum an, die anderen beiden nicht. =( Also dumme Links hinzugefügt und auf 'ner Bilderschmiede hochgeladen .. Sorry