ARRANGEMENT FOR TESTING A TORQUE GENERATOR

Abstract: 1. A testing device for a torque generator (1), whose shaft (3) is coupled to a load affected by a moment of inertia during normal operation, comprising : a) an electrical drive (2) regulated by the torque to simulate the load with a known moment of inertia (T2 ) ; b) a torque pickup (6) connected to the torque generator (1) ; and c) a calculating element fed by the torque (M1 ) measured by the torque pickup, and the moment of inertia (T'2 ) of the simulated load, and which forms therefrom a theoretical value corresponding to the theoretical value (M*2 ) of the torque for the electrical drive (1) ; characterised by the following features : d) the calculating element (39, 52, 53) is supplied with the theoretical value (M*2 ) of the torque by a dynamic element (51) which simulates the dynamic range of the adjusting element for the torque ; and e) from the torque (M1 ) measured by the torque pickup and the theoretical value of the torque (M*2 ) the calculating element determines a model acceleration moment (MB ) commonly assigned to the moments of inertia (T1 + T2 ) of the drive and the torque generator, from which model acceleration moment the theoretical value of the torque (M*2 ) is formed, if necessary, following the addition of a load torque (M'2 ) predetermined for the simulated load (Fig. 1, 5).

Description: Vorrichtunz zum Prüfen eines Drehmomenterzeugers Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prllfen eines Drehmomenterzeugers, dessen Welle im Normalbetrieb an eine trägheitsmomentenbehaftete Last gekoppelt ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. In Fig. 1 ist ein Prüfstand für einen derartigen Drehmomenterzeuger dargestellt, wobei als Drehmomenterzeu0 ger oder "Prüflung" z.B. eine Brennkraftmaschine 1 dienen kann. Bei der chemischen Verbrennung entstehen zwischen dem Brennraum-Boden und dem Kolben-Boden mechanische Kräfte, die zu einer Beschleunigung der mit der Welle 3 verbundenen Schwungmassen (TrEgheits- moment T1) der Brennkraftmaschine fuhren, fur deren Drehzahl n die positive Richtung durch den Doppelpfeil in Fig. 1 dargestellt sei. Mit ffi ist das auf die Schwungmassen T1 wirkende Drehmoment bezeichnet, das bei geeigneter Wahl des Vorzeichens zu einer Beschleunigung der Schwungmassen führt. Über die mit dem Kolben-Boden starr verbundenen Teile, z.B. die Halterung 4 des Prüflings, wird dieses Drehmoment Ml auf das Fundament 5 der gesamten Anordnung Ubertragen und dort durch ein gleich grosses, entgegengesetzt gerichtetes Reaktionsmoment aufgefangen. In einer gestrichelt gezeichneten mathematischen Schnittebene E(M1) durch die Ständerhalterung hebt sich dann das rechts dieser Ebene durch einen Pfeil dargestellte Reaktionsmoment des Fundamentes mit dem links davon gezeigten, vom PrUfling erzeugten Drehmoment Ml auf. An dieser Stelle herrscht also in der Halterung ein durch die beiden Pfeile dargestelltes Torsionsmoment, das z.B. von einer Kraftiessdose, Dehnungsstreifen oder einem anderen Drehmomentaufnehmer 6 als Mass fUr das innere Drehmoment Ml" des PrUflings erfasst werden kann. In dem Fall, dass das aus der Maschine herausführende Ende der Welle 3 frei ist, wUrde dieses Drehmoment M1 zu einer Drehzahl n1 führen, fUr die gilt, --T1 #1, wenn fUr die dargestellte Torsionsrichtung M14 gewählt ist. Die normalerweise von dem Drehmomenterzeuger angetriebene Last, z.B. ein Fahrzeug, wird auf dem entsprechenden PrUfstand durch einen elektrischen Antrieb 2 simu- liert, z.B. eine Drehfeldmaschine, deren elektrische Einspeisung durch Vorgabe elektrischer Sollwerte so geregelt ist, dass auf ihren Läufer ein Drehmoment wirkt. Auch hier ist das Vorzeichen von w so gewählt, dass in dem Fall, dass das aus dem Antrieb berausführende Ende der Läuferwelle frei ist, eine Drehzahl n2 mit T2. #2 entsteht, wobei der Drehzahl n2 die gleiche positive Richtung wie der Drehzahl n1 zugeordnet ist. Das vom elektrischen Antrieb 2 aufgebrachte elektrische Drehmoment (inneres Drehmoment M2") wird analog zu den Vorgängen im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 durch elektrische Kräfte im Luftspalt zwischen Läufer und Ständer Ubertragen. Dieses Moment wird sowohl auf die mit der Läuferachse verbundenen Schwuggmassen (TrEg- heitsmoment T2) und Uber die entsprechende Ständerhalterung 7 auch auf das Fundament 5 Ubertragen. Daher kann N als Reaktionsmoment des Fundaments bzw. als Torsionsmoment an einer mathematischen Schnittstelle E(M2) ) erfasst werden, es ist Jedoch auch aus den Istwerten der elektrischen Ständereinspeisung durch elektrische Messglieder 8 erfassbar. Wäre die Welle des Prüflinge mit der Welle des Antriebs in einer Ebene (EMA) Uber einen Torsionsiomentengeber verbunden, so mässe dieser Geber ein zwischen den Trägheitsmoienten (Schwungmassen") T1 und T2 ein ausgetauschtes Drehmoment M. ("Susseres Drehmoment M."). Dieses Drehmoment ist unterschieden von dem Beschleunigungsmoment ?, das beiden Schwungiassen gemeinsam durch die Beziehung MB - (T1 + T2) # zugeordnet ist, wenn mit n s n1 - n2 die Drehzahl der beiden Wellen bei deren kraftschlUssiger Verbindung bezeichnet ist. Das Beschleunigungsmoment > ist demnach durch einen die Ableitung der Winkelgeschwindigkeit n messenden Beschleunigungsgeber 9 messbar. Wird das vom PrUfling aufgebrachte Moment Ml durch einen generatorischen Betrieb des Antriebes gerade vollständig abgeführt (M1 -- M2), so blaibt die Drehzahl n konstant und das den beiden Schwungmassen gemeinsam zugeordnete Beschleunigungsmoment M@ verschwindet. Dies führt zu der im oberen Diagramm von Fig. 2 dargestellten regelungstechnischen Struktur des gesaiten Antriebs, bei der die Beschleunigung der Schwungmassen T1 + T2 (d.h. das Beschleunigungsmoment durch einen einzigen Integrator mit der Zeitkonstante (T1 + T2) dargestellt ist. Die Schwungmassen T1,7T2, T2' sind dabei proportional den Integrationskonstanten der entsprechenden Integratoren in der Darstellung von Fig. 2, weshalb die entsprechenden Zeitkonstanten mit den Symbolen der Schwungmassen, d.h. den Trägheitsmomenten, bezeichnet sind. Das untere Diagramm entspricht der regelungstechnischen Struktur im zu simulierenden Normalbetrieb, d.h. wenn der Prufling mit seiner Schwungmasse T1 an eine mit der Schwungmasse (Trägheitsmoment T2w) behaftete Last angeschlossen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Last auch selbst ein eigenes inneres Drehmoment M2' erzeugt, z.B. um eine Talfahrt des Fahrzeuges zu simu- lieren. Während der PrUfung soll auf die Schwungmasse T1 des PrUflings,der unverändert dasselbe innere Drehmoment Mi aufbringt, eine derartige Beschleunigung MB wirken, dass sich eine Drehzahl n einstellt, die gleich der Drehzahl n' bei Normalbetrieb ist. Im Motorprüfstand wird also das vom Motor normalerweise angetriebene Fahrzeug als eine mit einem Trägheitsmoment behaftete und gegebenenfalls auch ein Drehmoment erzeugende Last in Form eines elektrischen Antriebes simuliert. Da das Fahrzeug Je nach eingelegtem Gang, Belastung usw. ein variables Trägheitsmoment aufweist, muss fUr eine dynamisch richtige Simulation auch der elektrische Antrieb mit veränderlichei Trägheitsmoment ausgestattet werden. Das Jeweils erforderliche Last Drehmoment N ' des realen Fahrzeuges kann z.B. von einem mittels eines Fahrprogramms einen tatsächlichen Fahrbetrieb simulierenden Rechner 10 als Sollwert einer Drehmomentregalung des Antriebs aufgeprägt werden, wie in Fig. 1 durch die Regelvergleichsstelle 11 dargestellt ist, deren Ausgangssignal über einen Steuersatz 12 die elektrische Speisung 13 des Antriebs steuert,z.3. den Umrichter einer umrichtergespeisten Drehfeldmaschine. Durch Zu- und Abschalten von Schwungmassen könnte dem Antrieb auch das nach dem Programm Jeweils erfordediche Last-Trägheitsmoment T2, verliehen werden. Dies wäre aber sehr aufwendig. Nun ist es aber möglich, den Unterschied zwischen dem vom Fahrprogramm vorgegebenen und dem vorhandenen Träg heitsmoment durch zusätzliche elektrische Antriebskraft zu kompensieren. Dies führt zu der in Fig. 3 dargestellten Anordnung. Mit 30 ist dabei in regelungstechnischer Darstellung der in Fig. 1 gezeigte MotorprUfstand synbolisiert. Der elektrischen Antrieb wird ein Sollwert N * vorgegeben, der das für die Simulierung des Fahrzeugs nötige, vom Antrieb elektrisch aufzubringende Drehmoment bestint. Ein unterlagerter Drehmoment-Regelkreis vergleicht diesen Sollwert für die elektrische Einspeisung des Ständers mit einem Istwert (Vergleichsstelle 31). Die Regeldifferenz ist einem Momentenregler 32 zugefUhrt, der dem Stellglied fUr das elektrische Moment des Antriebs vorgeschaltet ist. Ist z.B. eine feldorientiert betriebene umrichtergespeiste Drehfeldmaschine als Antrieb verwendet, deren Fluss auf einen konstanten Sollwert gehalten wird und deren Drehmoment daher proportional der flusssenkrechten Komponente des Ständerstromes ist, so kann dem Regler als Sollwert direkt die flusssenkrechte Ständerstromkomponente vorgegeben und mit der aus dem Ist-Ständerstrom berechneten flusssenkrech- ten Ständerstromkomponente verglichen werden. Die be nötigten Rechenglieder, Messwandler etc. bilden zusammen mit dem Umrichter das Stellglied fUr den Ständerstrom und damit letztlich fUr das aufzubringende elektrische Drehmoment und sind durch ein Dynamikglied 33 symboli- siert. Aus diesem elektrischen Drehmoment M2 und dem vom Prffli- ling aufgebrachten inneren Drehmoment M1 entsteht das den gemeinsamen Schwungmassen T1 + T2 zugeordnete Beschleunigungsmoment MB, das auf die Drehzahl n wirkt, wie durch das Integratorsymbol 34 dargestellt ist. Der das Beschleunigungsmoment messende Beschleunigungsgeber ermittelt aus der zeitlichen Änderung n der Drehzahl n ein Signal, das bis auf den Proportionalitätsfaktor T1 + T2 proportional zu MB ist. Daher ist der Beschleunigungsgeber als Differenzierer 35 und ein konstantes Multiplikationsglied 36 dargestellt. Damit steht das im Prüfbetrieb tatsächlich auftretende Beschleunigungsmoment M@ zur Verfügung, das einen durch den Sollwert N * gesteuerten Anteil enthält. Die vom Antrieb aufgebrachte elektrische Leistung @@ und die dem Antrieb pro Zeiteinheit entzogene kinetische Energie -T2 . n # ist die vom Prüfling aufzunehmende Leistung, die SUr eine gute Simulation gleich der entsprechenden Leistung M2'. # - T2' - n # des Normalbetriebas mein muss. Mit MB = (T1 + T2). n folgt daraus, dass vom Antrieb das simulierende Moment N M2' + MB. (T2 - T21)/(T1 + T2) aufzubringen ist. Dies wird nach Fig. 3 durch ein Prüfprogramm (Rechner 38) mit dem Last-Trägheitsmoment T21 gespeistes Multiplizierglied 37 für S bzw. n dargestellt, das nach Aufschaltung auf das Last-Drehmoment M2' (Additions glied 39) den entsprechenden Sollwert N # für das elektrische Antriebsmoment liefert. Eine derartige Schaltung ist aus "Elektro-Anzeiger" 34 (1981), Seiten 50 bis 53 bekannt. Dort sind auch die Nachteile dieser Schaltung beschrieben: Das Drehzählsignal des PrUfstandes muss differenziert werden, um die Winkelbeschleunigung zu erhalten, und der Simu- lationskreis erzeugt wegen der Verwendung der Winkelbeschleunigung eine Rückkopplung. Beide Vorgänge begrenzen die Simulationsdynamik, so dass sich diese Vorrichtung nur fUr langsame Beschleunigungen bzw. Verzögerungen eignet. FUr den Spezialfall, dass als Drehmomenterzeuger eine Bremse zu prUfen ist, gibt diese Literaturstelle eine andere Schaltung an. Simuliert Wirdeia Bremsbetrieb, bei dem weder der Fahrzeugmotor noch ein anderes Dreh moment (z.B. Hangabtrieb) auf die Bremse wirkt (M2' ' =0), die daher nur die kinetische Leistung T21 n n der Schwungmassen aufzunehmen hat (n = Ml XT1 + T2)). Um die störende RUckkopplung aufzuheben, ist der Drehmomentaufnehmer zwischen Bremse und Fundament angeordnet, d.h. es wird Ml gemessen. Vernachlässigt man die Schwungmasse der mit dem Getriebe bzw. dem Antrieb verbundenen Scheibe der Bremse (T1 = 0), so nimmt der Prüfling im Prüfbetrieb die Leistung M2. n + T2 . n . # auf und fUr die Simulation muss gelten N2 3 (T2, - T2)/ T2 . N1. Diese Idealisierung fUhrt zu der hier in Fig. 4 gezeigten Schaltung, die nur fUr eine Simulierung unter diesen speziellen Bedingungen (M2' I 0, T1 = 0) geeignet ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der auch unter weniger einschränkenden Bedingungen eine Simulation möglich ist. Die Vorrichtung soll z.B. die Simulation einer Bremse oder Getriebes auch bei Talfahrt und/oder eingeschaltetem Motor gestatten, wobei durch den Antrieb die gemeinsame Wirkung von Fahrzeug und Motor simuliert wird. Ausserdem gestattet die Vorrichtung auch die Prüfung des Motors selbst, wobei durch den Antrieb die Wirkung von Fahrzeug und Getriebe simuliert wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den UnteransprUchen gekennzeichnet. Anhand der weiteren Figuren 5, 6 und 7 sei die Erfindung näher erläutert, wobei Fig. 5 ein bevorzugtes Aus ftihrungsbeispiel darstellt, bei dem durch den Dreh moientaufnehmer direkt das innere Drehmoment Ml des PrUflings gemessen und gemäss einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel die Dynamik des Stellg@edes für das vom elektrischen Antrieb aufzubringende elektrische Moment M2 nachgebildet wird. Fig. 6 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel, bei dem auf diese Nachbildung verzichtet wird. Jedoch eine nicht vernachlässigbare Schwungmasse T1 des PrUflings zugelassen ist und fUr die Last ein nicht vernachlässigbares Last-Drehmoment M2' vorgegeben ist. Fig. 7 zeigt schematisch ein bevorzugtes AusfUh- rungsbeispiel, bei dem der Drehmomentaufnehmer das Uber die Welle zwischen Prüfling und Antrieb ausgetauschte "äussere Drehmoment MA" erfasst und zusätzlich auch die dynamische Nachbildung des Antriebes nach Fig. 5 vorgesehen ist. Ausgangspunkt der Überlegungen ist die Forderung, dass bei einer PrUfung, bei der der PrUfling unter den simu- lierenden Bedingungen das gleiche innere Drehmoment aufbringt wie unter den simulierten Bedingungen, die zeitliche Änderung # der Drehzahl n gleich der entsprechenden Änderung n'der Drehzahl n' sein soll. Wegen = M2 - M1 und MB' - M2' - M1 gilt daher # - MB / (T1 + T2) - # - MB'/(T1 + T2'). Daraus folgt MB = MB' # (T1 + T2) / (T1 + T2'). Für das vom elektrischen Antrieb aufzubringende Moment M2 gilt demnach: M2 = M2' + MB. (T2 - T2') / (T1 + T2). Dies führt zunächst zu der in Fig. 3 angegebenen bekannten Schaltung. Die Rückkopplung auf die unterlagerte Drehmomentregelung verändert die Dynamik der Regelung ungünstig. Zwar kann bei geringen dynamischen Anforderungen diese Rückwirkung z.B. durch eine Glättung weitgehend unwirksam gemacht werden, bei hohen Anforderun- gen an die Dynamik aber tritt diese RUckwirkung in voller Stärke auf. Eine Gegenkopplung (T2' ' > T2) verringert dabei die Dämpfung bis zur Stabilitätsgrenze; eine Mitkopplung (T2' ( < T2) verlangsamt den Regelkreis. Im Grenzfall kann der Regelkreis sogar kippen. Gemäss der Erfindung wird das Bremsmoment nicht aus der tatsächlichen, über die Differenzierung der Drehzahl abgeleiteten Beschleunigung der gemeinsamen Schwungmassen T1 + T2 gebildet. Gemäss der einen, in Fig. 5 dargestellten Lösung wird vielmehr Uber ein mit 51 bezeichnetes Dynamikglied aus den Sollwerten für die Ständereinspeisung (also letzt lich dem Drehmomentsollwert N # des elektrischen An- triebs) ein Modell-Istwert M2 gebildet, dem analog zu M2 - Ml ein Modell-Beschleunigungsioment 4 - N - M1 zugeordnet wird. Das Dynamikglied 51 bildet dabei die Dynamik des Stellgliedes fUr das vom elektrischen Antrieb aufzubringende elektrische Antriebsmoment des Antriebs nach; die Subtraktionsstelle 52 bildet aus dem gemessenen Moment M1 des PrUflings und dem Modell-Antriebsmoment M2 das Modell-Beschleunigungsmoment Das Proportionalglied 55 entspricht dabei dem Multiplikationsglied 37 in Fig. 3. In beiden Fällen liefert ein Rechner 40, dem das Prüfprogramm eingespeichert ist, die Werte T2, und M2', die fur Trägheitsmoment und inneres Drehmoment der Last vorgegebenen sind und fUr die Simulation benötigt werden. Bei dieser Ausführungsform ist damit die RUckkopplung des tatsächlichen Momentes N auf den entsprechenden Sollwert N # unterbunden. Es sind lediglich dem Soll- werteingang 54 des elektrischen Antriebs Rechenbausteine vorgeschaltet, deren Rechenoperation gegebenenfalls vom Rechner 40 selbst ausgeführt werden können. Dies führt somit zu einer Vorrichtung, bei der wie bei Fig. 4 ein drehmonentengeregelter elektrischer Antrieb mit konstantem Trägheitsmoment eine mit veränderlichen Trägheitsmoment behaftete Last simuliert, der Drehmo mentaufnehmer mit dem Drehmomenterzeuger verbunden ist und ein Rechenglied vorhanden ist, dem das vom Drehmo mentaufnehmer gemessene Drehmoment und das Trägheitsmoment der simulierten Last eingegeben ist, und das daraus einen dem Drehmomentsollwert für den elektrischen Antrieb entsprechenden Sollwert bildet. Im Unterschied zu Fig. 4 ist aber (insbesondere fUr einen mit einem nicht vernachlässigbaren eigenen Trägheitsmoment behafteten Drehmomenterzeuger) vorgesehen, dass dem Rechenglied Uber das Dynamikglied 51 auch der Sollwert N * des Antriebs zugeführt ist. Das Rechenglied bestimmt dabei aus dem Drehmomentaufnehmer gemessenen Drehmoment Ml und dem Sollwert M2* des Antriebs ein dem Trägheitsmoment des Antriebs und des Drehmoment- erzeugers gemeinsam zugeordnetes Modell-Beschleunigungsmoment MB, aus dem der Sollwert des Antriebs (gegebenenfalls nach Addition eines für die simulierte Last vorgegebenen Lastdrehmomentes M@') gebildet wird. Man erhält eine schlechtere Dynamik der Simulation, aber gegenUber der Anordnung nach Fig. 3 er noch ein gUnstigeres Regelkreisverhalten, wenn man auf das Dynamikglied 51 verzichtet und den Sollwert M2* direkt auf Subtraktionsstelle 52 aufschaltet. In diesem Fall ergibt sich: M2# - M2' + (M2# - M1). (T2 - T2') / (T1 + T2) oder, aufgelöst nach M2# = M2' (T1 + T2) / (T1 + T2') - M1 (T2 + T2') / (T2 + T2') was in Fig. 6 dargestellt ist. Der Vergleich mit Fig. 4 zeigt, dass sich die im Stand der Technik aus Energie Uberlegungen fUr einen Spezialfall abgeleitete Schaltung gemäss diesen allgemeinen Überlegungen durch den Grenzfall M2' = ) (d.h. M@' = M1) und T1 = ) argibt. Die bisher besprochenen Anordnungen erfordern eine Messung von M1, , was in der Praxis, z.B. bei der Prüfung kompakterer brennkraftmaschinen, häufig praktisch nicht möglich ist. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, nicht von M1, sondern von den äusseren Drehmoment MA auszugehen, also den Drehmomentaufnehmer so anzuordnen, dass er zwischen dem vom PrUfung angetriebenen und dem vom Antrieb angetriebenen Ende der Welle 3 in Fig. 1 entsprechend der Ebene E(MA) angeordnet ist. Ein derartiger Aufbau des Prüfstandes ist in Fig. 7 mit 70 dargestellt. Demnach ist der Drehmomentaufnehmer 71 zwischen dem Prufling 1 und dem elektrischen Antrieb 2 an der kraftschlüssigen Verbindung der Drehmomenterzeugerwelle 72 mit der Antriebswelle 73 angeordnet. Der Antrieb 2 ist wiederum mit einem Stellglied 13 fUr das von ihm aufzubringende elektrische Moment M2 verbunden, wobei über entsprechende Messglieder 8 der Istwert dieses elektrischen Momentes erfasst und zusammen mit dem entsprechenden Sollwert M2* der Regelvergleichsstelle 1 einem Drehmomentenregler 74 aufgeschaltet ist. Der Ausgang dieses Drehmomentenreglers 74 ist einem entRprechen- den Steuersatz 75 fUr das Stellglied 13 aufgeschaltet. Mit 76 und 77 sind die Ausgänge fur die Messwerte des Drehmomentaufnehmers 71 sowie eines Drehzahlmessers 78 bezeichnet, 79 und 80 stellen die Anschlüsse für die Sollwerteingabe und Istwertausgabe des Antriebsmomentes dar. Diese Anordnung 70 lässt sich, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 bereits beschrieben, (Glieder 31, 32, 33, 34) regelungstechnisch darstellen. Zusätzlich ist in Fig. 7 durch die Proportionalglieder 76' und 76 " dargestellt, wie sich das an der Welle auftretende äussere Drehmoment NA aus dem tatsächlichen elektrischen Moment M2 und dem vom PrUfling aufgebrachten Moment Ml zusammensetzt. Es lässt sich nämlich zeigen, dass gilt: MA = Ml m T2/(T1 + T2) + M2 . T1/(T1 + bzw. M1 M MA . T2/(T1 + T2) M2 T1/T2. Der bereits für die unterlagerte Drehmomentenregelung verwendete Antriebsmoment-Istwert N wird dabei zusätzlich auch fur die Bildung des Antriebsmoment-Sollwerts M2# abgegriffen, um durch eine gewogene Subtraktion vom Messwert MA einen Modellwert M1 ftir das tatsächliche innere Moment Ml des Prüflings zu erhalten. Dies ist durch die Proportionalitätsglieder 81 und 82 und die Subtraktionsstelle 83 dargestellt. Das auf diese Weise erhaltene Modell-Prüflingsmoment 4 kann gemäss Fig. 6 anstelle des gemessenen Prüflings- momentes Ml über das Multiplikationsglied 40 dem Über- lagerungsglied 39 zugeführt werden, um durch Überlage- rung mit dem Lastmoment M2' den Antriebssollwert M2* zu erhalten. Auch in diesem Fall ist die Rückkopplung unterbunden, da der vom Antrieb kommende Anteil M2 an der Bildung des Momentes MA durch Aufschaltung des Istwertes M2 eliminiert ist. Während die Proportionalglieder 81, 82 nur die bekannten, konstanten Schwungmassen T12 T2 berücksichtigen, werden die Faktoren der nach Fig. 6 zu verwendenden Multiplizierglieder durch die im Rechner 40 gespeicherten Last-Schwungmassen T2' bestimmt. Diese Variante führt somit zu einer Vorrichtung, die sich vom Stand der Technik selbst im Grenzfall M2' '= - 0, T1 - 0 durch die Anordnung des Drehmomentaufnehmers unterscheidet. Ferner ist dabei vorgesehen, dass dem Rechenglied auch ein Messwert fUr das im Antrieb elektrisch erzeugte Drehmoment zugeführt ist. Das Rechenglied ermittelt aus dem elektrisch erzeugten Drehmoment und dem vom Drehmomentaufnehmer gemessenen Drehmoment ein Modell-Drehmoment, aus dem der Sollwert des Antriebs gebildet wird. Ist für die simulierte Last ein Last-Drehmoment vorgegeben, so kann bei der Bildung des Sollwertes zusätzlich eine entsprechende Addition vorgenommen werden. Wegen der eliminierten Rttckkopplung ist es bei dieser Schaltung bereits möglich, den verwendeten unterlagerten Regelkreis ohne die erwähnten rückkopplungsbeding- ten Schwierigkeiten abzustimmen. Jedoch ist auch hier eine weitere Verbesserung der Dynamik möglich, in dem dem Rechenglied zur Ermittlung des Modell-Drehmomentes zusätzlich der Sollwert des Antriebs Uber ein die Dynamik des Drehmoment-Stellgliedes nachbildendes Dynamikglied aufgeschaltet wird, entsprechend Fig. 5. Daher ist auch in Fig. 7 der Drehmomentsollwert N # über das Dynamikglied 51 und die Uberlagerungsstelle 52 auf den Modellwert Mi aufgeschaltet. Dadurch wird das Modell Beschleunigungsioment Mg gebildet, dem hinter dem Multiplizierglied 53 zur Bildung des Drehmomentsoll- wertes M2# gegebenenfalls an der Additionsstelle 39 das vorgegebene Lastdrehmoment M2' zugeführt ist. Ferner ist in Fig. 7 vorgesehen, bei der Bildung des Sollwertes N* zusätzlich dem Modell-Beschleunigungs- moment MB eine Korrekturgrösse aufzuschalten, die von einem Korrekturregler gebildet ist. Dadurch wird das Modell-Beschleunigungsmoment dem tatsächlichen Beschleunigungsmoment nachgeführt. Der Sollwert fUr den Regler wird aus der gemessenen Drehzahl bzw. Drehbeschleunigung der Drehmomenterzeugerwelle abgeleitet. Dies kann mit einem Beschleunigungsgeber geschehen, wie er im Zusammenhang mit Fig. 3 erwähnt und durch einen Differenzierer 35 und ein Proportionalglied 36 symbolisiert ist. Am Ausgang des Überlagerungsgliedes 52 steht das entsprechende Modell-Beschleunigungsmoment L an, so dass die Regelabweichung MB - über einen Korrekturregler 89 der Additionsstelle 39, an der M2# # gebildet wird, zusätzlich aufgeschaltet werden kann. Da zwischen M., M1 und M2 im Normalbetrieb der Zusammenhang MA1 = M1 . T2' / (T1 + T2') + M2' . T1 / (T1 + T2') = M2' - MB' . T2'/ (T1 + T2') herrscht, kann wegen MB s MB' ' (T1+ T2)/(T1 + T2') die gewünschte Nachführung dadurch erhalten werden, dass der Sollwert M2# - M2' - MB . T2'/(T1 + T2) mit dem Istwert NA verglichen und zur Korrektur der Grösse M2' + (T2 - T2') / (T1 + T2) der Additionsstelle 39 aufgeschal- tet wird. Dies ist in Fig. 7 dargestellt, wo mittels des Multiplikationsgliedes 87 und der Subtraktionsstelle 88 MA gebildet und der Regelvergleichsstelle zusammen mit dem gemessenen, der Bildung der Modell-Drehmomente und und s zugrundegelegten Wert NA verglichen wird. Die Dynamik der gesamten Anordnung wird im wesentlichen durch die Steuerung des Antriebs mittels M2' und MB bestimmt. Der Regler 89 bewirkt demgegenüber nur, dass bzw. M@ dem tatsächlichen Beschleunigungsmoment MB bzw. dem auf den Prüfling wirkenden nachzubildenden äusseren Drehmoment MA' im stationären Zustand gleich wird. Er braucht daher nicht auf hohe Dynamik dimensioniert zu werden, vielmehr kann sein Eingriff schwach ausgelegt werden. Insbesondere kann die Drehzahl bereits vor der Differenzierung geglättet werden, wie durch das Glättungsglied 90 angedeutet ist. Da der Rechner nicht nur den Antrieb, sondern z.B. bei der Prüfung einer Brennkraftmaschine auch diese Maschine steuert und zu diesem Zweck häufig bereits die nätige Information über die tatsächliche Drehzahl enthält, können die nötigen Regeloperationen ohne Verwendung weiterer Messglieder vom Rechner direkt durchgeführt werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, ein ausserhalb des Rechners angeordnetes, abstimmbares Dynamikglied 51 zu verwenden, um dieses Glied auf das Verhalten des Antriebs bequem abstimmen zu können; es kann aber auch die Funktion des Dynamikgliedes noch zusammen mit den anderen Elementen in den Rechner verlagert werden. 7 Figuren 8 PatentansprUche

Claims: Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Prüfen eines Drehmomenterzeugers (1), dessen Welle (3) im Normalbetrieb an eine trägheitsmomentenbehaftete Last gekoppelt ist, mit a) einem die Last simulierenden drehmomentgeregelten elektrischen Antrieb (2) mit bekanntem Trägheits moment (T2), b) einem mit dem Drehmomenterzeuger (1) verbundenen Drehmomentaufnehmer (6) und c) einem Rechenglied, dem das vom Drehmomentaufnehmer gemessene Drehmoment (M1) und das Trägheitsmoment (T2') der simulierten Last eingegeben ist und das daraus einen dem Drehmomentsollwert ( *) für den elektrischen Antrieb (1) entsprechenden Sollwert bildet, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende weitere Merkmale: d) dem Rechenglied (39, 52, 53) ist über ein die Dyna mik des Stellgliedes für das Drehmoment des elektri schen Antriebes nachbildendes Dynamikglied (51) auch der Drehmomentsollwert (M2#) zugefUhrt und e) das Rechenglied bestimmt aus dem vom Drehmomentauf- nehmer gemessenen Drehmoment (M1) und dem Drehmoment sollwert (M2#) ein den Trägheitsmomenten (T1 + T2) des Antriebes und des Drehmomenterzeugers gemeinsam zugeordnetes Modell-Beschleunigungsmoment , aus dem der Drehmomentsollwert (M2*) gegebenenfalls nach Addition eines für die simulierte Last vorgegebenen Lastdrehmomentes (M2') gebildet wird (Fig. 1, 5). 2. Vorrichtung zum Prüfen eines Drehmomenterzeugers (1), dessen Welle im Normalbetrieb an eine trägheitsiomenten- behaftete Last gekoppelt ist, mit a) einem die Last simulierenden drehmomentgeregelten elektrischen Antrieb (2) mit konstantem Trägheits Moment (T2), b) einem mit dem Drehmomenterzeuger (1) verbundenen Drehmomentaufnehmer (71), und c) einem Rechenglied, dem das vom Drehmomentaufnehmer gemessene Drehmoment (MA) und das Trägheitsmoment (T2,) der simulierten Last eingegeben ist und das daraus einen dem Drehmomentsollwert (M2*) für den elektrischen Antrieb entsprechenden Sollwert bildet, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende weitere Merkmale: d) der Drehmomentaufnehmer (71) ist an der kraftschlüs- sigen Verbindung zwischen den Wellen des Drehmoment- erzeugers (1) und des Antriebs (2) angeordnet, e) dem Rechenglied ist auch ein Messwert ( ) für das im Antrieb elektrisch erzeugte Drehmoment zugeführt und d) das Rechenglied (39, 52, 53, 81, 82, 83) ermittelt aus dem elektrisch erzeugten Drehmoment ( ) und dem vom Drehmomentaufnehmer gemessenen Drehmoment (MA) ein den Trägheitsmomenten (T1 + T2) von Antrieb und Drehmomenterzeuger gemeinsam zugeordnetes Modell Drehmoment (M1), aus dem der Drehmomentsollvert des Antriebs gegebenenfalls nach Addition (Additions stelle 39) eines für die simulierte Last vorgege benen Last-Drehmomentes ( ') gebildet wird (Fig.7). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Subtraktionsglied (83) für das gemessene und das elektrisch erzeugte Drehmoment, zur Bildung des dem inneren Drehmoment des Drehmomenterzeugers zugeordneten Modell-Drehmomentes (M1). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Rechenglied zusätzlich der Sollwert ( ) des Antriebs über ein die Dynamik des Stellgliedes für das vom elektrischen Antrieb aufzubringende elektrische Drehmoment nachbildendes Dynamikglied (51) zugeführt ist (Fig. 7). 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, g e k e n n z e i c h n e t durch ein zweites Subtraktionsglied (52) für das nachgebildete Drehmoment (M2) des Antriebs und das Modell-Drehmoment (M1) das Drehmomenterzeugers zur Bildung eines der Winkelbeschleunigung der kraftschlüssig verbundenen Wellen zugeordneten Modell-Be schleunigungsroaentes ca 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (35, 36) zur Erfassung der Winkelbeschleunigung der Drehmomenterzeugerwelle und ein nachgeschalteter Korrekturregler (89) zur Korrektur des Modell-Drehmomentes vorgesehen sind, und dass bei der Bildung des Drehmomentsollwerts ( *) des Antriebs dem Modell-Drehmoment (MB) zusätzlich die Reglerausgangsgrösse aufgeschaltet ist (Additionsglied 39). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erfasste Winkelbeschleunigung (h) zusammen mit dem gegebenenfalls fUr die simulierte Last vorgegebenen Last-Drehmoment und dem Drehmomentaufnehmer gemessenen Drehmoment ( ? dem Regler (89) zugeführt ist (Fig. 7). 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur Erfassung der Winkelbeschleunigung einen Differenzierer für die Drehzahl der Drehmoienterzeugerwelle enthalten und dass diese Mittel und der Korrekturregler so ausgebildet sind, dass das vom Drehmomentaufnehmer gemessene Drehmoment (MA) einem geglätteten, an der erfassten Winkelbeschleunigung abgeleiteten Moment MA#) nachgeführt wird.

Inventors: BLASCHKE, FELIX, DR.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: G01M15
IPC codes: G01L3, G01M15