Ein Entwurfsverfahren für selbsteinstellende robuste Regelungen:
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EIN ENTWURFSVERFAHREN FUER
SELBSTEINSTELLENDE
ROBUSTE REGELUNGEN
VON DER FAKULTAET FUER MASCHINENBAU UND ELEKTROTECHNIK DER TECHNISCHEN
UNIVERSITAET CAROLO-WILHELMINA ZU BRAUNSCHWEIG
ZUR ERLANGUNG DER WUERDE EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.)
GENEHMIGTE
D I S S E R T A T I ON
VON
DIPL.-ING. KALKULIER
AUS GOETTINGEN
EINGEREICHT AM: 16. APRIL 1991
MUENDLICHE PRUEFUNG AM: 22. OKTOBER 1991 BERICHTERSTATTER: PROF. DR.-ING.
DR. H.C. W. LEONHARD MITBERICHTERSTATTER: PROF. DR.-ING. R. BROCKHAUS
1991
IMAGE 2
INHALT
1 UEBERSICHT 1
2 EINLEITUNG 2
2.1 STAND DER TECHNIK 3
3 FORMULIERUNG DER ENTWURFSAUFGABE DURCH NORMEN 6
3.1 ENTWURFSZIELE 6
3.2 ALLGEMEINE DARSTELLUNG DER OPTIMIERUNGSAUFGABE 7
3.2.1 BEISPIELE: REGLER FUER OPTIMALES FUEHRUNGS- ODER STOERVERHALTEN . . 8
3.3 BEWERTUNG VON SIGNALEN UND UEBERTRAGUNGSGLIEDERN 10
3.4 BEWERTUNG VON SIGNALEN 10
3.4.1 ENDLICHE ENERGIE: DER RAUM L 2 12
3.4.2 MAXIMALE AMPLITUDE: DER RAUM LOO 13
3.4.3 BEISPIEL: OPTIMIERUNG DES ZEITLICHEN EINSCHWINGVERHALTENS 13 3.4.4
STABILE UND KAUSALE FUNKTIONEN: DER RAUM H 2 16
3.5 NORMEN VON UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN UND IMPULSANTWORTEN 18
3.5.1 NORMEN VON UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN: DIE RAEUME LOO UND HOO * 18
3.5.2 DIE NORM VON IMPULSANTWORTEN: DER RAUM H 2 21
3.6 ZUSAMMENHAENGE ZWISCHEN NORMEN VON SIGNALEN UND NORMEN VON
UEBERTRAGUNGSELEMENTEN 22
3.7 ZUSAMMENFASSUNG 23
4 BESCHREIBUNG NOTWENDIGER ANFORDERUNGEN MIT HILFE DER HOO-NORM 25 4.1
ROBUSTHEIT 25
4.1.1 BEISPIEL: ROBUSTHEIT BEI STRUKTURABWEICHUNGEN 25
4.1.2 ROBUSTE STABILITAET 28
4.1.2.1 BEISPIEL: GRAPHISCHE DARSTELLUNG DER ROBUSTHEIT 33
4.1.2.2 BERECHNUNG DER ZULAESSIGEN TOLERANZ AG 35
4.1.3 STELLGROESSEN 40
4.1.3.1 WICHTUNGSFUNKTIONEN 44
4.1.4 QUALITAET DER MESSWERTE 46
4.2 ZUSAMMENFASSUNG 48
5 BERECHNUNG DES REGLERS FUER EINE SELBSTEINSTELLENDE REGELUNG 50
5.1 OPTIMALES STOERVERHALTEN 50
5.1.1 EIGENSCHAFTEN 57
5.1.2 BEISPIEL: EINSTELLUNG DER REGELGUETE FUER EINE INSTABILE STRECKE .
.. 58
V
IMAGE 3
INHALT
5.2 PARAMETRIERUNG DES H 2 -OPTIMALEN REGLERS 60
5.2.1 SONDERFALL: STABILE STRECKE 60
5.2.1.1 BEISPIEL: REGELUNG EINER STABILEN STRECKE 63
5.2.2 STOERGROESSENREGLER FUER BELIEBIGE STRECKEN 65
5.2.3 ZERLEGUNG DES REGLERS 69
5.2.4 ZERLEGUNG DER STRECKE 71
5.2.5 BEISPIEL: REGELUNG DER INSTABILEN STRECKE AUS KAP. 5.1.2 72
5.2.6 BERECHNUNG DES PARAMETERS Q 75
5.2.7 ENTWURF DES STOERGROESSENREGLERS 80
5.3 FUEHRUNGSVERHALTEN 82
5.4 ZUSAMMENFASSUNG 85
6 BEISPIELE 87
6.1 ?T 2 -STRECKE 87
6.2 /J-STRECKE 95
6.3 INSTABILER ALLPASS 99
6.4 INVERTIERTES PENDEL 102
6.5 DREI-GROESSEN-STRECKE 114
6.6 TURBO-GENERATORSATZ-REGELUNG 116
6.7 ZUSAMMENFASSUNG 123
7 REGELUNG EINES INDUSTRIE-ROBOTERS 124
7.1 IDENTIFIZIERUNG 127
7.1.1 MODELL FUER DIE ACHSE 1 127
7.1.2 MODELL FUER DIE ACHSEN 2 UND 3 130
7.2 REGELUNG 136
7.2.1 REGLERSTRUKTUR 137
7.2.2 SELBSTEINSTELLENDE REGELUNG FUER ACHSE 1 138
7.2.2.1 HORIZONTALE POSITION 138
7.2.2.2 VERTIKALE POSITION 145
7.2.3 SELBSTEINSTELLENDE REGELUNG FUER DIE ACHSEN 2 UND 3 151
7.3 ZUSAMMENFASSUNG 170
8 ZUSAMMENFASSUNG 171
9 ANHANG 172
9.1 ERGAENZENDE BEWEISE 172
9.1.1 AUS KAPITEL 5.1.1 172
9.1.2 AUS KAPITEL 5.2.6 173
9.2 ZUSAMMENSTELLUNG DER GLEICHUNGEN ZUR BERECHNUNG DES REGLERS FUER DIE
SELBSTEINSTELLENDE REGELUNG 176
9.3 ZAHLENWERTE FUER DIE REGELUNG DES INDUSTRIEROBOTERS 179
9.3.1 STRECKENMODELLE 179
VI
IMAGE 4
INHALT
9.3.1.1 MODELL FUER ACHSE 1 (HORIZONTALE POSITION, KAP. 7.1.1, GIN.
(7.5)) 179
9.3.1.2 MODELL FUER ACHSE 1 (VERTIKALE POSITION, KAP. 7.1.1, GIN. (7.5))
179
9.3.1.3 ZWEI-GROESSEN-MODELL FUER DIE ACHSEN 2 UND 3 (KAP. 7.1.2, GIN.
(7.9)) 180
9.3.2 REGLER 180
9.3.2.1 DREHZAHLREGLER FUER DIE ACHSE 1 (HORIZONTALE POSITION, KAP.
7.2.2.1) 180
9.3.2.2 DREHZAHLREGLER FUER DIE ACHSE 1 (VERTIKALE POSITION, KAP.
7.2.2.2) 181
9.3.2.3 DREHZAHLREGLER FUER DIE ACHSEN 2 UND 3 (KAP. 7.2.3) . .. 182
10 LITERATUR 184
VII
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