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Juni 2016
Benjamin Henke
Modellgestützte automatisierte Reglerauslegung für elektromechanische Antriebssysteme
In der Automatisierungs- und Handhabungstechnik werden elektromechanische Antriebe in großer Zahl für Positionieraufgaben eingesetzt. In der industriellen Praxis werden diese Antriebe meist mit einer Positionsregelung betrieben, die in diesem Kontext auch als Lageregelung bezeichnet wird. Die Auslegung der Lageregelung muss dabei auf die Komponenten des Antriebs abgestimmt werden, was vom Anwender Zeit und Erfahrung verlangt. Abhilfe kann hier eine automatisierte Reglerauslegung schaffen, die einen automatischen Auslegungsalgorithmus zur Bestimmung der Reglerparameter nutzt.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der modellgestützten, automatisierten Reglerauslegung für elektromechanische Antriebssysteme. Das Ziel ist dabei die Entwicklung einer rein modellgestützten, optimierungsbasierten und vollständig automatisierten Auslegung einer Lageregelung in der industriell überwiegend eingesetzten PI-Kaskadenstruktur. Dazu werden zunächst Komponentenmodelle für verschiedene Motoren sowie für Linearachsen mit Spindel und Zahnriemenantrieb zusammengestellt und experimentell validiert. Diese werden dann zu einem Modell des Gesamtsystems inklusive Strom- und Lageregelung erweitert. Basierend auf diesen Modellen werden Auslegungskriterien zur Beschreibung des gewünschten Regelkreisverhaltens formuliert. Das Ziel der Auslegung ist dabei ein gutes Störverhalten des geschlossenen Lageregelkreises bezüglich Eingangsstörungen. Die optimalen Reglerparameter werden anschließend über eine numerische Optimierung bestimmt. Durch die durchgängige Verwendung modellgestützter Methoden ist so eine automatisierte Reglerauslegung möglich, die vollständig ohne Messungen bei der Inbetriebnahme auskommt.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der modellgestützten, automatisierten Reglerauslegung für elektromechanische Antriebssysteme. Das Ziel ist dabei die Entwicklung einer rein modellgestützten, optimierungsbasierten und vollständig automatisierten Auslegung einer Lageregelung in der industriell überwiegend eingesetzten PI-Kaskadenstruktur. Dazu werden zunächst Komponentenmodelle für verschiedene Motoren sowie für Linearachsen mit Spindel und Zahnriemenantrieb zusammengestellt und experimentell validiert. Diese werden dann zu einem Modell des Gesamtsystems inklusive Strom- und Lageregelung erweitert. Basierend auf diesen Modellen werden Auslegungskriterien zur Beschreibung des gewünschten Regelkreisverhaltens formuliert. Das Ziel der Auslegung ist dabei ein gutes Störverhalten des geschlossenen Lageregelkreises bezüglich Eingangsstörungen. Die optimalen Reglerparameter werden anschließend über eine numerische Optimierung bestimmt. Durch die durchgängige Verwendung modellgestützter Methoden ist so eine automatisierte Reglerauslegung möglich, die vollständig ohne Messungen bei der Inbetriebnahme auskommt.
Schlagwörter: automatisierte Reglerauslegung; elektrische Antriebe; Lageregelung; Spindelachsen
Institut für Systemdynamik Universität Stuttgart
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. O. Sawodny, Stuttgart
Band 26
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