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Manfred Schulze
Elektrische Servoantriebe
Baugruppen mechatronischer Systeme
Vorwort
7
Inhaltsverzeichnis
9
1 Einführung
13
1.1 Einsatzgebiete von Servoantrieben
13
1.2 Grundstruktur des Servoantriebes
15
1.3 Arbeitsbereiche
16
1.4 Regelungstechnische Struktur
18
1.5 Elektrischer Aktor
23
2 Anforderungen an elektrische Servoantriebe
27
2.1 Gruppe I Bearbeitungsvorgänge Drehen, Fräsen und Bohren
28
2.2 Gruppe II periodische Stellbewegungen
29
2.3 Erforderliche Kenngrößen des Servoantriebes
31
3 Mechanisches Übertragungssystem
35
3.1 Kenngrößen eines Bewegungsvorganges
36
3.2 Modell des mechanischen Übertragungssystems
37
3.4 Umrechnung der mechanischen Größen auf die Welle des Servomotors
41
3.4.1 Drehmoment Mv’, Winkelgeschwindigkeit ?1 bzw. Drehzahl n1
42
3.4.2 Trägheiten und Massen
43
3.5 Mechanische Anpassung, optimaler Getriebeumsetzfaktor
43
3.6 Dynamischer Kennwert
46
4 Gleichstromservoantriebe
53
4.1 Gleichstromstellmotoren
54
4.2 Leistungselektronisches Stellglied
56
4.2.1 Thyristorumkehrstromrichter
56
4.2.2 Transistorpulssteller
57
4.3 Übertragungsverhalten des drehzahlgeregelten Antriebes
59
5 Drehstromservoantriebe
65
5.1 Raumvektordarstellung
65
5.2 Drehstromservoantriebe mit Synchronmotoren
69
5.2.1 Synchronmotoren
70
5.2.2 Leistungselektronisches Stellglied
73
5.2.2.1 Pulswechselrichter
73
5.2.2.2 Eingangsstromrichter
77
5.2.3 Steuerverfahren beim Synchronservoantrieb
79
5.2.4 Übertragungsverhalten des drehzahlgeregelten Antriebes
83
5.2.5 Vereinfachtes Steuerverfahren – bürstenloser Gleichstrommotor
87
5.3 Drehstromservoantriebe mit Asynchronmotoren
90
5.3.1 Asynchronservomotor
91
5.3.2 Steuerbedingungen für konstanten Läuferfluss, Entkopplungsstruktur
92
5.3.3 Übertragungsverhalten des drehzahlgeregelten Antriebes
97
5.4 Vergleich der Antriebslösungen
99
6 Bewegungssteuerung mit Servoantrieben
105
6.1 Aufbau und Wirkungsweise der Lageregelung
105
6.2 Lageregelkreise in Bahnsteuerungen
109
6.2.1 Prinzip der numerischen Bahnsteuerung
109
6.2.2 Übertragungsverhalten des lagegeregelten Antriebes
111
6.2.3 Einfluss der Parameter einer Bewegungsachse auf die Bahngenauigkeit
114
6.3 Lageregelkreis in Positioniersteuerungen
116
6.4 Schrittantriebe
118
6.4.1 Hybridschrittmotor
120
6.4.2 Betriebsverhalten des Schrittantriebes
121
6.5 Mechatronische Antriebssysteme
123
7 Auswahl von Servoantrieben
129
7.1 Allgemeine Auswahlkriterien
129
7.2 Schritte der Antriebsauswahl
130
7.3 Beispiele für die Antriebsauswahl
135
7.3.1 Auswahl des Antriebes für eine Vorschubachse
135
7.3.2 Auswahl des Antriebes für eine Handlingachse an einer Umformmaschine
138
8 Lösungen
143
8.1 Lösung zu Beispiel 3.1
143
8.2 Lösung zu Beispiel 3.2
144
8.3 Lösung zu Beispiel 4.1
146
8.4 Lösung zu Beispiel 5.1
147
8.5 Lösung zu Beispiel 5.2
149
8.6 Lösung zu Beispiel 5.3
150
Anhang
153
Formelzeichen
153
Indizes
154
Gebräuchliche Abkürzungen
154
Literaturverzeichnis
155
Sachwortverzeichnis
159
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