Kompensation nichtlinearer Systemeigenschaften eines

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Kompensation nichtlinearer Systemeigenschaften eines"

Emil Sternberg
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Kompensation nichtlinearer Systemeigenschaften eines EPS-Prüfstandes unter LabVIEW Beitrag von ITK Engineering AG zum National Instruments VIP-Kongress 2011 in der Reihe Prüfstandsautomatisierung Referent: Dr.-Ing. Ulf Kreutzer

2 Inhalt Problemstellung Statisch-nichtlineare Systemeigenschaften Prüfstandsnichtlinearitäten Der Haft-Gleit-Effekt Fallunterscheidungen Zusammenfassung und Ausblick

3 Problemstellung Nichtlinearitäten treten in nahezu allen Aktoren auf: E-Motoren, Servo-Ventile, Linearmotoren, Hydraulikzylinder Folgen: Verschleiß, Produktions-, Test- und Messfehler an Testständen und Produktionsanlagen Lösung: Kompensation der Aktor-Nichtlinearität so, dass der Prozess linear angesteuert werden kann

4 Statisch-Nichtlineare Systemeigenschaften (I) Lose oder Spiel Der Bewegungsfreiraum eines mechanischen Teils. Bei Richtungs-/Kraftumkehr wird der Formschluss im Leistungspfad aufgehoben Ursachen: Verschleiß, Toleranzen Haft-Gleit-Effekt (Stick-Slip-Effekt) Die Haftreibung ist wesentlich größer als die Gleitreibung; lineare Regler erzeugen ständigen Wechsel zwischen Haften und Gleiten Ursachen: Materialeigenschaften, fehlendes Schmiermittel

5 Statisch-nichtlineare Systemeigenschaften (II) Hysterese Kennlinienabhängiges Fortdauern einer Wirkung nach dem Wegfall ihrer Ursache Ursachen: Reibung, Ummagnetisierung, plastische Materialverformung Eingangs-Ausgangsnichtlinearität Von der Eingangsamplitude abhängige Verstärkung Ursachen: Nicht ideale Verstärker und Stellglieder Dynamische Nichtlinearitäten: Werden nicht im Rahmen des Vortrags behandelt

6 Prüfstandsnichtlinearitäten Linearmotorprüfstand: Eingangs-Ausgangsnichtlinearität, Lose, Materialbruch und Kraftspitzen Lenkungsprüfstand: Lose, Haft-Gleit-Reibung Sollprofile werden nicht erreicht Tests können nicht durchgeführt werden Entwicklung der Prototypen stagniert

Regler und nichtlineare (zeitvariante) Strecke Lösungsansätze:

7 Haft-Gleit-Effekt: Ausgangssituation Bei Solldrehzahlen knapp über dem Stillstand stellt sich eine Dauerschwingung ein: Ursache: Linearer Regler und nichtlineare (zeitvariante) Strecke Lösungsansätze: Nichtlinearer Regler oder linearisierte Strecke hier umgesetzt: Linearisierung der Strecke

8 Haft-Gleit-Effekt: Beschreibung Schwellwert M H Mindestdrehmoment zur Überwindung der Haftreibung, entspricht der Haftreibung Schwellwert M g Schwellwert M g Drehmoment, mit dem ein Zurückfahren des Systems in Haftreibung verhindert wird, entspricht der Gleitreibung

9 Haft-Gleit-Effekt: Kompensation Fall 1 Beschleunigung: Fall 2 Die Drehzahl soll auf.. Dafür muss gelten: gehalten werden. Fall 3 Regelung kleiner Drehzahlen, nichtlineare Reibung überwiegt, Einsatz eines pulsförmigen Steuersignals Fall 4 Runterfahren auf Stillstand:

10 Haft-Gleit-Effekt: Umsetzung mit NI Die Kompensation wird als Aktoransteuerung unterhalb der überlagerten Regelung angesetzt Die Umsetzung via National Instruments auf drei Wegen: Hardware Erzeugen einer PWM mittels der in der I/O vorhandenen Counter/Timer-Funktionalität Software (I) Erzeugen einer Soft-PWM durch Schalten eines Digital-Ausgangs, abhängig vom gewünschten Tastverhältnis Software (II) Einbindung von extern geschriebenem und kompiliertem C-Code

11 Haft-Gleit-Effekt: Ergebnis Anwendung der Kompensation Dadurch wird eine Eingangs-Ausgangs-Linearisierung des Aktorverhaltens angenähert: Wesentliche Verringerung der Schwingungen

12 Zusammenfassung Nichtlineare Aktuatorik stört Mess-, Regelungs- und Produktionsergebnisse signifikant Linearisierung des Aktorverhaltens durch den Einsatz fallbasierter Steuersignale Präzise Umsetzung anspruchsvoller Testprofile Verbesserte Produktqualität durch präzisere Testaussagen Höhere Produktreife in frühen Prototypenstadien Systemanalyse offenbart neue Systemerkenntnisse Höhere Produktivität und Wirtschaftlichkeit

Ähnliche Dokumente

Leseprobe aus Kapitel 4 Mechanische Dynamik des Buchs Strukturbildung und Simulation technischer Systeme

Reibungskraft F.R Leseprobe aus Kapitel 4 Mechanische Dynamik des Buchs Strukturbildung und Simulation technischer Systeme In diesem Beispiel wird gezeigt, wie Formeln Strukturbildung numerisch berechnet