Motorregelung in gekoppelten Systemen

Wenn das Traegheitsmoment des Motors um Groessenordnungen mehr Signal liefert als der Zug sehe ich auf die Schnelle nur zwei Moeglichkeiten:

A. Versuchen, die Verstreckung "on-the-fly" zu messen. Dielektrisch, optisch etc. Das kann aber zu esoterisch, ungenau und schmutzempfindlich sein. Ausserdem ist das alles materialabhaengig.

B. Das Torsionsmoment wirkt um die Achse (Azimuth), der Zug am Film aber zu einer Seite (radial). Das koennte man mit Kraftsensoren am Motorauflager erfassen und trennen. Piezo, Dehnstreifen, magnetisch, was auch immer praktisch ist. Selbst verbliebene Unwuchten sollten sich leicht abkoppeln lassen, da sie ja ein AC Signal darstellen. Wobei man ein Flattern des Films durchaus erfassen sollte, denn das kann ja auch zu einem Riss fuehren. Im einfachsten Fall koennte das so aussehen, das der Motor ganz leicht "schwimmend" gelagert wird und ein Zugsensor an der dem Filmzug gegenueberliegenden Seite angehaengt wird. Kapazitiv ist vermutlich die billigste Loesung.

Entschuldige wenn einige deutsche Ausdrucke nicht so perfekt sind, doch ich denke es kam rueber.

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Gruesse, Joerg

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"Florian E. Teply" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mobile-news.teply.info...

Rappelt das Band da nicht, Bild fuer Bild ?

Oder konstanter Bandlauf wie ein Tonband, das durch Capstan besser als 1% geschwindigkeitsstabil transportiert wird ?

Strom (Bandzug) in Abhaengigkeit von Spannung am DC-Motor (Drehzahl) jeden Motors nach konstanter Abhaengigkeitskurve (Kenndaten des Motors) zu regeln reicht doch, es wird doch nicht auf Prozente, sondern nur 10er-Prozente genau gefordert sein.

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Manfred Winterhoff

Florian will aber gelegentlich stark beschleunigen und da wird das ungenau, der Bandzuganteil am Strom prozentual sehr klein. IME reissen zumindest Magnetbaender besonders gern beim Beschleunigen, Filme mit Klebstellen wahrscheinlich auch.

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Gruesse, Joerg

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In nem "herkömmlichen" Projektor wie man ihn im Kino hat, ist das so, ja. Hier geht es aber um ein, nennen wir es mal universelles Laufwerk für Film und Tonband. Soll unter anderem als Basis für nen Filmscanner dienen.

Genau das. Zumindest ist das das Ziel, das ich zu erreichen versuche... Angeblich steht was von 0,8% in ner Norm, hab ich aber noch nicht überprüft.

Naja, ginge es nur um Bilder, dann wären ein paar Prozent wohl okay, wenn man auf die Filmperforation triggert. Aber beim Ton, da hört der Spass auf :-(

Gruß, Florian

Eigentlich reißt der Kram nur beim Beschleunigen (es sei denn, die Klebestelle ist arg verpfuscht), denn da treten gehörige Kraftspitzen auf, wenn man nicht aufpasst und nachregelt. Und genau das ist der Knackpunkt, um den meine Gedanken seit Wochen kreisen: Wie halte ich den Bandzug beim Beschleunigen konstant, ohne ihn direkt messen zu können?

Ich fürchte, ganz ohne Messen wird es nicht gehen, aber zumindest den mechanisch aufwendigen Teil der Messung (gefederte Fühlhebel oder Pendelrollen) würde ich gerne rauskonstruieren. Hab schon darüber nachgedacht, vielleicht nen DMS auf die Achse einer Umlenkrolle zu kleben, doch das wird erst nach Abgabe der Diplomarbeit was, Konjunktur sei dank. Wenigstens muss ich mir dann nicht jetzt schon den Kopf über DMS und den ganzen Kram drumherum (Auswerteelektronik) zerbrechen. Obwohl mir das irgendwie lieber wäre, als der Programmierkrams, den ich jetzt am Bein hab...

Gruß Florian

Der Motor selber ist da eigentlich harmlos, es sind ja extra Scheibenläufer asugewählt worden mit niedrigem Trägheitsmoment des Rotors. Der größte Teil kommt vom Wickel selber.

Ähm, was genau meinst Du mit "Verstreckung"?? Ich hab die Vermutung, Du beziehst dich hier auf die Materialdehnung unter dem Einfluß des Bandzuges. Da wäre die Materialabhängigkeit zu stark, da ich damit rechnen muß, daß sowohl Cellulosetriacetat als auch Polyethylen als Filmträger im Einsatz sind. Je nach Anwender kommt eventuell auch noch Nitratfilm auf das Laufwerk. Acetat und Nitrat sind sich von den mechanischen Eigenschaften recht ähnlich, aber PE dehnt sich weit weniger stark. Zumal der Bandzug auch nicht so groß sein soll, ich schätze ein bis zwei Newton maximal. Über Kosten mache ich mir im Augenblick keine Gedanken, die drei Motörchen plus Treiberboxen hier neben mir haben die Firma gut 5 kEuro gekostet. Okay, die Treiberboxen (offiziell vollwertige Motorsteuergeräte mit Regelkreisen etc.blabla) sind wieder nur die kastrierte Billigvarianten, die zwar alles können, aber nichtmal zwei Regelkreise gleichzeitig. Das können dann die "advanced" Geschwister, die sich lediglich in der verbauten Software und im Preisschild unterscheiden... Aber ich schweife ab. Du meinst, man kann das Trägheitsmoment vom Bandzug trennen?? Mit dem Trägheitsmoment hats Du recht, das wirkt um die Achse. Aber der Bandzug wirkt nicht radial, sondern tangential auf den Wickel. Quasi wie das Papier auf der Klorolle, da bringst Du beim Abreißen ja auch keine Zugkraft ins Zentrum der Rolle sondern auf den Umfang. Deswegen kannst Du dir ja auch aussuchen, ob Du die Rolle festhälst oder das ganze Papier abrollst ;-) Der Bandzug verursacht also auch -- über den Hebelarm Wickelradius -- eine Torsion der Achse. Oder sehe ich da was flsach?

Du meinst, daß ich mir als Analog-Mensch vielleicht nicht das passendste Diplomarbeitsthema gegriffen habe? ;-)

Gruß, Florian

Zweimal Drehzahlmessung, an jeder Spindel einmal, und aus dem Drehzahlverhältnis schätzen, wo das Band steht, und aus der Änderung des Drehzahlverhältnis die Banddicke, und daraus die Änderung des Trägheitmoments? Alles sehr geschätzt, aber reicht's vielleicht?

Oder bein den Druckmaschinenbauern schauen: die haben z.B. beim Zeitungsdruck ähnliche Probleme; vielleicht hat da es einer geschafft, die Tänzerwalze wegzuoptimieren?

Thomas Prufer

Hi Florian,

wie beim guten alten Tonband? Eine Transportrolle, je eine Abwickel- und Aufwickelrolle, die dynamisch auf Bandzug geregelt werden sollen?

Florian E. Teply schrieb:

Soo schlimm dürfte es nicht sein.

Wenn man aus der Drehzahl der Antriebsrolle und den beiden Drehzahlen von Auf- und Abwickelseite die Wickeldurchmesser berechnen kann, dann kann man auch die Rotationsträgheitsmomente der Wickel berechnen. Einziges Problem dürfte dann die möglicherweise unbekannte oder von Fall zu Fall schwankende Dichte des Wickelguts darstellen. Wenn die Rotationsträgheitsmomente bekannt sind, sind auch die dynamischen Momente bekannt.

Immerhin dürften sich die Eigenschaften des Systems relativ langsam gegenüber den typischen Zeitkonstanten des Problems ändern, so dass ein erster Ansatz eine Modellierung der dynamischen Kräfte darstellt. Das dürfte für beide Seiten auf Teilmodelle 2. Ordnung führen - überschaubar. Dann eine modellbasierte Regelung drumrum, die aus dem Modell den Wert der Bandkräfte als Regelgrößen verwendet, Motorströme sind Stellgrößen. Modellbasierte Regelung hat den Vorteil, dass man aus dem Modell geschätzte Werte für nicht messbare Größen erhalten kann - wenn das Modell stimmt.

Bei zu starken Variationen der Eigenschaften könnte ggf. eine adaptive Einstellung der Reglerparameter erfolgen. Das Adaptionsgesetz erhält man möglicherweise aus einer Kleinsignal-Regleroptimierung der modellbasierten Regelung bei verschiedenen Wickeldurchmessern.

Nette Aufgabe...

Gruß, Volker.

Thomas Prufer schrieb:

Drehzahlverhältnis

Wäre eine Möglichkeit, allerdings müsste der OP nennen, ob es sich um eine Telleranlage mit ausspulen aus dem Kern oder eine Spulenanlage mit umspulen aus dem Aussenwickel handelt. Da der OP von 3 Motoren sprach, könnte man meinen, das es sich um eine Telleranlage handelt.

In diesem Fall würde es evtl. ausreichen, die beiden beteiligten Teller zu syncronisieren, vorausgesetzt das der Auswickel nicht frei läuft, da sonst ein wenig Schwung genügt, und der Aufwickel reisst das Filmmaterial.

Die Problematik besteht darin, das der Auswickel dann so gesteuert werden muss, das er je nach Umfang des auslaufenden Materials die Geschwindigkeit vergrössern muss. Ansatz könnte sein, auf der Spulenzentrierierung einen Messlaser aufzusetzen, der den Innendurchmesser bis zum Filmmaterial vermisst und mit einer Kreisberechnung die Geschwindigkeit ermittelt, mit der das Material gleichmässig aus dem Kern entnommen wird um 24 Bilder/Sek. zu gewährleisten.

Um dieses Transportbedingte Teil wird man nicht herum kommen. Zum einen dient sie der gleichmässigen Last und zum anderen kann man daran auch ggfls. die Antriebe nachführen.

Peter

Du wirst nur über den Motorstrom keine ausreichenden Informationen bekommen.

Wenn die Drehzahl beider Wickelteller bekannt ist, hättest Du eine Chance, über eine passende Modellbildung eine Regelung zu konzipieren.

Möglicherweise ergibt sich, dass man auf eine der beiden Drehzahlen verzichten kann.

Gruss Udo

So ähnlich ists gedacht. Mal davon abgesehen, daß die Banddicke relativ gut aus verfügbaren Datenblättern abgeschätzt werden kann, das bewegt sich irgendwie alles um 0,1mm herum. Was mir eher Sorgen macht, ist das Trägheitsmoment, das ja nicht nur vom Radius abhängt, sondern auch von der Dichte des Materials. Und hier liegen PE und Acetat vergleichsweise weit auseinander: PE hat rund 0,9g/Kubikzentimeter, Acetat liegt bei knapp 1,3g/kubikzentimeter, also 44% mehr.

Wo jetzt mein gedankliches Problem liegt: Ich hab einerseits die Drehmomente an den Motorachsen, die ich relativ genau bestimmen kann. Diese Drehmomente wirken zum Teil auf den Bandzug, zum Teil beschleunigen sie die Wickel. Wären die Trägheitsmomente bekannt, könnte man aus der Winkelbeschleunigung und dem Trägheitsmoment am aufnehmenden Wickel den beschleunigenden Anteil des Drehmomentes berechnen, der Rest macht Bandzug. So weit so schön, muß also "nur noch" an das Trägheitsmoment herankommen. Beim Abgebenden Wickel hingegen kenne ich den Bandzug (muß ja der gleiche sein wie oben, solange ich am Capstan kein Drehmoment aufbringe) und das aufgebrachte Drehmoment, kann also prinzipiell dann auch das Trägheitsmoment ausrechnen. Das Ganze steht und fällt aber mit der Voraussetzung, wenigstens ein Trägheitsmoment vorher zu kennen. Oder sehe ich da was falsch?

Da habe ich auch schon gesucht, gibt ein paar Papers beim IEEE aus dem Dunstkreis. Ohne Tänzerwalze hat das aber wohl noch keiner gemacht (oder zumindest nicht so veröffentlicht, daß ich es gefunden hätte). Zumal die Tänzerwalze ja auch dazu dient, kurzfristige Kraftspitzen durch Auslenkung abzufedern. Auch im Bereich Tape-Libraries (also Magnetband als Speichermedium) habe ich ein wenig gefunden, das meiste aber aus den

70ern, wenig neues.

Gruß Florian

Huch, kalt erwischt. Ich steck noch nicht tief genug in der Thematik drin um aus dem Stegreif zu ahnen, welche von beiden genannten Möglichkeiten welche ist... Im Prinzip sowas wie ein altes Tonbandgerät, das Band wird außen auf einen Wickelkörper gewickelt bzw. von außen abgewickelt. Wie in der Antwort auf Jörgs Posting erwähnt: Prinzip Klopapierrolle ;-)

Gruß, Florian

Ich kenn neben den Drehzahlen der Wickel auch noch die einer recht präzise gefertigten Rolle, bzw. kann die Drehgeberimpulse entsprechend auswerten... Nur: an der Modellbildung hapert's noch :-(

Naja, wenn man die Radien bzw. das Verhältnis der Radien kennt, dann kann man die zweite Drehzahl damit berechnen. Gesetzt den Fall, der Bandzug ist größer als null...

Gruß, Florian

Moin!

Ja und? Gleichgewicht der Kräfte: Wenn Du am Band ziehst, und der Motor hält dagegen, dann _muss_ am Motorlager eine _Kraft_ entgegen Deiner Zugrichtung auftreten, sonst käme Dir der Motor entgegen.

Doch! Leg die Rolle mal hochkant auf den Tisch und versuch sie nur durch Ziehen am Papier abzuwickeln. Na, was passiert? Genau, mangels Wickeldorn gibts keine Kraft außer bissl Reibung und die Rolle kommt Dir entgegen. Hälst Du sie aber mit nem Finger der anderen Hand fest, dann funktionierts. Und der Finger liefert die Gegenkraft.

Problematisch kanns nur werden, wenn neben Deiner Zugkraft auch die (mit der Länge des aufgewickelten Films variable) Gewichtskraft in der gleichen Richtung auftritt. Kein Problem, wenn die Achse senkrecht liegt wie beim Plattenspieler. Pech, wenn die Achse liegt wie bei der Klorolle. Und am schlimmsten, wenn die Maschine transportabel ist und evtl. gar mal schräg aufgestellt wird.

Gruß, Michael.

Oh ja, manchmal hat man halt gleich ne ganze Platte vorm Kopf. Vermutlich habe ich daran nicht gedacht, weil der Effekt klein ist gegenüber der Schwerkraft.

Dann schreib' ich halt in die Bedienungsanleitung "Achtung! Gerät nur auf dem Rücken liegend betreiben!" Ne, im Ernst: eigentlich soll das Gerät aufrecht stehen, die Wickelachsen liegen dann in der horizontalen und senkrecht übereinander. Die Krafteinwirkung auf das Motorlager liegt also in der vertikalen, genau die Richtung, in der auch die um eine Größenordnung stärkere Gravitation ihre Spuren hinterläßt. Obwohl, halt. Die Wickel sind zwar übereinander, durch die Umlenkrollen kommt das Band (und so auch der Bandzug) schräg an, mit nem Winkel von ca. 30 bis 60 Grad zur Vertikalen. Das werde ich dann wohl mal ausprobieren, auch wenn das wohl vor Abgabe nix mehr werden wird.

Gruß, Florian

Hallo Florian,

Florian E. Teply schrieb:

Vom Mittelwert 1,1g/Kubikzentimeter aus sinds nur noch relative +-18%...

IMHO nein. Entweder man akzeptiert den Durchgriff der schwankenden Dichte auf die Kräfte/Momente oder es braucht wohl eine Kraftmessung: weglos bzw. nahezu starr, mit Tänzer oder wie auch immer?

Gruß, Volker.

Je nachdem, wie gross so ein Wickel ist, bleibt es eh Pott wie Deckel. Dann ist das Traegheitsmoment gross und hier auch noch variabel.

Ok, dachte ich mir fast, kann man dann auch vergessen.

Michael hat's ja schon erklaert. Falls Neigung ein Problem ist, laesst sich das ueber recht einfache Sensoren erfassen und bei der Zugkalkulation beruecksichtigen. Am Ende geht der Bandzug immer 90 Grad zur Achse weg, egal in welche Richtung. Das Traegheitsmoment von der Beschleunigung dagegen nicht, das wirkt axial. Beide kann man ueber die Motoraufhaengung erfassen, aber so wie es aussieht brauchst Du nur den Bandzug zu messen.

Ah, auch ein analoger. Trifft man heute eher selten. Nein, ich meine die mechanischen Ausdruecke von mir. Mein letztes technisches Deutsch in groesserem Umfang ist ueber 20 Jahre her, etwas rostig.

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Gruesse, Joerg

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Deine Antwort auf Jörg hab ich erst später gesehen. Es handelt sich hierbei um die klassische Methode mit Abwickel von aussen, bei der die Spulen nach dem "Vorführen" nochmals umgespult werden müssen um den Ursprungszustand herzustellen.

Der Vorteil dieser Technik liegt darin, das das Zugmoment nicht so wichtig ist, wie bei einer Telleranlage. Nachteil ist, das ein Film schon mal aus mehreren Spulen besteht; meisst

5-6 und selber überblendet werden muss.

Praktisch haben diese Spulen einen Körper, der seitlich noch versteift ist und somit ein auslaufen des Materials verhindern.

Als Ansatz für eine mögliche Steuerung: Die abwickelnde Spindelmitte mit einem Geber versehen, der die tatsächliche Umdrehungsgeschwindigkeit liefert, sowie einen Abstandslaser, der den Umfang des Materials ermittelt.

Aufgrund des Umfangs wird gesteuert, wie schnell sich die Spule abwickelt. Der Geber und die Abwickelmenge ergeben dann die notwendige Geschwindigkeit für den Aufwickel, der natürlich mit dem selben Geber zentral und zur Prüfung mit dem Abstandsmesser die Kontrollfunktion übernimmt.

Solltest Du überlegen, evtl. eine Telleranlage aufzubauen, da Du hier alle Filmrollen zu einem Film zusammenschneiden musst, diesen dann insgesamt abspielen und transportieren kannst, musst Du die Variante definitiv noch mit einer weiteren Zugfunktion ausrüsten, die eine ständig gleichmässige Spannung des Materials garantiert.

Und glaube mir - Du bist nicht der Erste, der sich mit sowas auseinander setzt....

Peter

Haenge doch zum Spass mal den Motor ganz lose auf und dann eine Zugmessfeder oder wie die Dinger heissen an die Seite, die gegenueber des Filmabgangs liegt. Wenn Du dann auf die Tube drueckst, solltest Du den Effekt sehen.

Nun ist das natuerlich grob. Fuer praezise Messung unabhaengig vom Wickeldurchmesser und damit der Tangentialrichtung (richtiger Ausdruck?) braucht man einen Zugsensor in X- und noch einen in Y-Richtung. Die Wurzel der Quadratsumme ergibt dann den Zug.

Mit arctan(X/Y) liesse sich die Richtung bestimmen und damit, wie weit der Abrollwickel auf der anderen Spindel schon herunter ist. Doch diese Information braucht Du vermutlich nicht so ganz dringend.

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Gruesse, Joerg

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