Was ist Model Predictive Deadbeat Control?
Was ist Model Predictive Deadbeat Control?
Model Predictive Deadbeat Control (MPD) ist ein fortschrittlicher Stromregelalgorithmus für Servoantriebe, der die schnellstmögliche Drehmomentantwort ermöglicht. Im Gegensatz zu klassischen PI-Reglern, die den PWM-Tastgrad über mehrere Regelzyklen hinweg iterativ anpassen, berechnet MPD die erforderlichen Klemmenspannungen in einem einzigen Regelzyklus — und unterdrückt Stromfehler nahezu augenblicklich.
Warum ist das wichtig?
In hochperformanten Motion-Control-Anwendungen — von Roboterarmen bis zur Präzisionsfertigung — wirkt sich die Drehmoment-Antwortzeit direkt auf Positioniergenauigkeit, Laufruhe und die gesamte Systembandbreite aus. Ein schnellerer Stromregelkreis ermöglicht eine straffere Geschwindigkeits- und Positionsregelung in den übergeordneten Kaskadenstufen.
Klassische PI-Regler funktionieren für viele Anwendungen gut, sind aber grundsätzlich reaktiv: Sie messen den Fehler und korrigieren ihn schrittweise. MPD verfolgt einen grundlegend anderen Ansatz: Mithilfe eines mathematischen Modells des Motors wird die optimale Spannung berechnet, noch bevor sich der Fehler überhaupt aufbaut.
Wie funktioniert es?
MPD nutzt das elektrische Motormodell (Induktivität, Widerstand, Gegen-EMK), um den Stromverlauf über eine Abtastperiode vorherzusagen. Auf Basis dieser Prognose berechnet der Algorithmus den exakten PWM-Tastgrad, der benötigt wird, um den Zielstrom am Ende der nächsten Regelperiode zu erreichen.
Das Ergebnis: theoretische Fehlerunterdrückung auf null in einem einzigen Regelzyklus.
Zwei Parameter ermöglichen die Feinabstimmung:
- Einschwingzeit (Standard: 2.000 µs) — definiert, wie schnell der Strom seinen Zielwert erreicht
- Dämpfungsverhältnis (Standard: 2.000 ‰, entspricht 2,0) — steuert Überschwingen und Oszillation
Weil MPD auf einem genauen Motormodell basiert, ist der Algorithmus empfindlicher gegenüber Sensorrauschen und Parameterabweichungen als ein PI-Regler. Eine sorgfältige Systemidentifikation während der Inbetriebnahme ist daher entscheidend. Ein zusätzlicher Integrator-Anteil (MPD+I) kompensiert verbleibende stationäre Fehler.
Wie setzt SOMANET das um?
Alle SOMANET Servoantriebe führen den Drehmoment-Regelkreis mit 16 kHz aus — die Bandbreite, die MPD für seine volle Leistungsfähigkeit benötigt. Die Konfiguration erfolgt über OBLAC Drives, wo Einschwingzeit und Dämpfungsverhältnis während des Tuning-Prozesses angepasst werden können.
Die entsprechenden Parameter befinden sich im Torque Controller Object (0x2010, Subindex 10 und 11).
In Kombination mit der feldorientierten Regelung (FOC) ermöglicht MPD die höchste Stromdichte und Motion Performance in der Branche.
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