Dual-Loop-Positionsregelung mit zwei Encodern
Was ist Dual-Loop-Positionsregelung?
Dual-Loop-Positionsregelung ist eine Reglerarchitektur, die zwei Encoder verwendet — einen auf der Motorseite und einen auf der Lastseite — um Getriebespiel und mechanische Nachgiebigkeit aktiv zu kompensieren. Die Lastposition wird direkt gemessen, anstatt sie aus der Motorposition zurückzurechnen.
Warum ist das wichtig?
In jedem Antriebsstrang mit Getriebe, Riemen, Kugelgewindetrieb oder flexibler Kupplung besteht eine mechanische Entkopplung zwischen Motor und Last. Ein konventioneller Regler mit nur einem Motor-Encoder „sieht“ nicht, was auf der Lastseite tatsächlich passiert:
- Getriebespiel (Backlash) — die Totzone zwischen den Zahnflanken führt zu Positionsfehlern, die der Motorgeber nicht erkennt
- Mechanische Nachgiebigkeit (Compliance) — elastische Kupplungen und Getriebe verursachen Oszillationen zwischen Motor- und Lastseite
- Chattering und Hunting — der Regler kann instabil werden, wenn er auf den Motorgeber reagiert, während die Last ein ganz anderes Verhalten zeigt
Wie funktioniert es?
Die Architektur nutzt die gleiche kaskadierte Struktur, weist aber jedem Encoder eine spezifische Funktion zu:
- Motor-Encoder → Kommutierung und Geschwindigkeitsregelung (innerer Regelkreis)
- Last-Encoder → Positionsregelung (äußerer Regelkreis)
Der äußere Positionsregelkreis vergleicht die Sollposition mit der tatsächlichen Lastposition (vom Last-Encoder) und gibt eine Sollgeschwindigkeit aus. Der innere Geschwindigkeitsregelkreis vergleicht diese mit der Motorgeschwindigkeit (vom Motor-Encoder) und erzeugt den Drehmomentbefehl.
Der entscheidende Vorteil: Der innere Regelkreis stabilisiert den Motor schnell und steif, während der äußere Regelkreis alles korrigiert, was nach dem Motor passiert — Getriebespiel, Durchbiegung, Nachgiebigkeit.
Wichtige Voraussetzung: Das Übersetzungsverhältnis (0x6091) muss korrekt konfiguriert sein, da alle Geschwindigkeitswerte im Bezugsrahmen der Abtriebswelle angegeben werden.
Wie setzt SOMANET das um?
SOMANET Circulo Servoantriebe unterstützen bis zu zwei integrierte Absolutwertgeber (bis 20-bit Auflösung) ohne zusätzliche Verkabelung — ideal für Dual-Loop-Anwendungen in der Robotik. Die Encoder-Zuordnung (Kommutierung, Geschwindigkeit, Position) wird über das Object Dictionary konfiguriert (0x2012:9 für den Positions-Encoder, 0x2011:5 für den Geschwindigkeits-Encoder).
Besonders wertvoll ist die Funktion für:
- Robotergelenke mit Wellgetrieben (Harmonic Drives)
- Linearachsen mit Kugelgewindetrieb
- Anwendungen, die höchste Lastpositioniergenauigkeit erfordern
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