Automatische Inbetriebnahme geschwindigkeitsadaptiver Zustandsregler:
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Berlin u.a.
Springer
1994
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INHALTSVERZEICHNIS
1
EINLEITUNG
1
1.1
SITUATIONSBESCHREIBUNG
.
1
1.2
ZIEL
DER
ARBEIT
.
2
2
STAND
DER
TECHNIK
5
2.1
ERLAEUTERUNG
.
5
2.2
BAHNSTEUERUNG
UND
SOLLWERTBEEINFLUSSUNG
.
5
2.3
IDENTIFIKATIONSVERFAHREN
AN
ANTRIEBEN
UND
MEHRGROESSENIDENTIFIKATIONSVER
FAHREN
.
6
2.4
AUSLEGUNG
UND
REGELUNG
VON
VORSCHUBANTRIEBEN
.
7
2.5
ADAPTIVE
ANTRIEBSREGELUNGEN
.
9
2.6
SELBSTEINSTELLENDE
ANTRIEBSREGELUNGEN
.
10
2.7
KONSEQUENZEN
UND
ABGRENZUNG
.
11
3
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
13
3.1
ALLGEMEINES
.
13
3.2
AUFBAU
VON
VORSCHUBANTRIEBEN
.
13
3.3
BAHNFEHLER
UND
IHRE
URSACHEN
.
14
3.3.1
ARTEN
VON
BAHNFEHLERN
.
14
3.3.2
POSITIONIERFEHLER
.
14
3.3.3
STATIONAERE
BAHNFEHLER
.
16
3.3.4
DYNAMISCHE
BAHNFEHLER
.
19
3.4
ZUSTANDSREGLER
IM
ZEITBEREICH
.
20
3.5
QUADRATISCH
OPTIMALE
REGELUNG
.
22
3.6
ROBUSTE
REGELUNG
.
23
3.7
DIE
ZEITDISKRETE
ZUSTANDSDARSTELLUNG
.
24
3.8
ANTRIEBSTECHNISCHE
SIMULATION
.
26
3.8.1
SIMULATION
EINES
KONTINUIERLICHEN
SYSTEMS
.
26
3.8.2
SIMULATION
EINES
ZEITDISKRETEN
SYSTEMS
.
28
4
PROBLEMBESCHREIBUNG
BEI
VORSCHUBANTRIEBSSYSTEMEN
31
4.1
EINFUEHRUNG
.
31
4.2
DIE
SCHWACHSTELLEN
HERKOEMMLICHER
VORSCHUBANTRIEBE
.
31
4.2.1
SCHWINGUNGSERREGUNG
DURCH
HERKOEMMLICHE
ANTRIEBSREGELUNG
.
31
4.2.2
VERWEILZEITEN
VERRINGERN
DIE
PRODUKTIVITAET
.
32
4.3
HINDERNISSE
BEIM
EINSATZ
VON
ZUSTANDSREGLERN
.
35
4.3.1
GLIEDERUNG
DER
TEILPROBLEME
.
35
4.3.2
DIE
BEGRENZUNG
DER
ANTRIEBSDYNAMIK
DURCH
DEN
MAXIMAL
ZULAES
SIGEN
ANKERSTROM
.
36
4.3.3
UNTERSCHIEDLICHE
STRECKENVERSTAERKUNG
VON
VORSCHUBANTRIEBEN
.
40
4.3.4
DIE
NICHTLINEARE
REGELSTRECKE
VORSCHUBANTRIEB
.
40
4.3.5
DAS
PROBLEM
DER
MODELLBILDUNG
.
43
4.3.6
PROBLEME
DER
REGLERAUSLEGUNG
.
44
4.4
ZUSAMMENFASSUNG
DER
EINZELNEN
PROBLEMSTELLUNGEN
.
45
4.5
ANFORDERUNGEN
AN
ZUSTANDSREGLER
FUER
VORSCHUBANTRIEBSSYSTEME
.
45
5
KONZEPTE
UND
VORGEHENSWELSE
ZUR
PROBLEMLOESUNG
47
5.1
ABLEITUNG
DER
AUFGABENSTELLUNG
UND
UEBERSICHT
.
47
5.2
KONZEPT
ZUR
AUTOMATISCHEN
INBETRIEBNAHME
VON
ZUSTANDSREGLERN
.
48
5.3
BESCHREIBUNG
DES
VERSUCHSSTANDES
.
51
5.4
BESCHREIBUNG
DER
ZUSAETZLICH
VERWENDETEN
HARDWARE
.
54
5.4.1
TRANSPUTER
.
54
5.4.2
DIE
MEHRPROZESSOREINHEIT
.55
5.4.3
SCHNITTSTELLEN
ZUR
WERKZEUGMASCHINE
.
56
5.4.4
DIE
ANKOPPLUNG
VON
ANALOGEN
UND
DIGITALEN
MESSERGEBNISSEN
.
57
5.4.5
DIE
SCHNITTSTELLE
ZUR
NC-STEUERUNG
.
58
5.5
SOFTWARESTRUKTUR
.
58
5.5.1
PROZEDUR
"NC-INTERPOLATION"
.
59
5.5.2
PROZEDUR
"GESCHWINDIGKEITSADAPTIVE
ZUSTANDSREGELUNG'
.
60
5.5.3
PROZEDUR'PROZESSKONTROLLE'
.
61
SEITE
II
6
MODELLBILDUNG
AN
VORSCHUBANTRIEBEN
63
6.1
EINFUEHRUNG
.
63
6.2
THEORETISCH-PHYSIKALISCHE
MODELLBILDUNG
VON
VORSCHUBANTRIEBEN
.
64
6.2.1
DIE
ELEKTRISCHEN
GLEICHUNGEN
EINES
VORSCHUBANTRIEBES
.
64
6.2.2
MOTOR
MIT
STARR
GEKOPPELTER
MECHANIK
.
66
6.2.3
DAS
FEM-MODELL
.
67
6.3
EXPERIMENTELLE
MODELLBILDUNG
DURCH
IDENTIFIKATIONSVERFAHREN
.69
6.3.1
VORAUSSETZUNGEN
FUER
IDENTIFIKATIONSVERFAHREN
.
69
6.3.2
DIE
METHODE
DER
KLEINSTEN
QUADRATE
.
71
6.4
AUTOMATISCHE
ZEITDISKRETE
ZUSTANDSRAUM-IDENTIFIKATION
.74
6.4.1
ERREGUNG
DES
ANTRIEBS
.
74
6.4.2
FILTERUNG
VON
STOEREINFLUESSEN
.
76
6.4.3
MEHRGROESSEN-IDENTIFIKATION
.
77
6.4.4
MODELLVALIDIERUNG
AM
BEISPIEL
ZWEIER
NC-VORSCHUBACHSEN
.
79
7
REGLERAUSLEGUNG
85
7.1
ZIELE
DER
REGLERAUSLEGUNG
.
85
7.2
GRUNDSAETZLICHE
MOEGLICHKEITEN
ZUR
BAHNOPTIMIERUNG
.
85
7.3
ENTWURFSKRITERIEN
FUER
EINE
BAHNOPTIMALE
ZUSTANDSREGELUNG
.
86
7.4
AUSWAHL
EINER
REGLERSTRUKTUR
.
87
7.4.1
DIE
VERMEIDUNG
VON
POSITIONIERFEHLEM
.
87
7.4.2
VOLLE
AUSSCHOEPFUNG
DER
ANTRIEBSDYNAMIK
.
88
7.5
VERFAHREN
ZUR
REGLERAUSLEGUNG
.
89
7.6
BESCHREIBUNG
DES
ZEITKONTINUIERLICHEN
SYSTEMS
.
91
7.6.1
BERECHNUNG
DER
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
FUER
DIE
SCHLITTENPOSITION
91
7.6.2
BERECHNUNG
DER
ENTWURFSKRITERIEN
AUS
DEN
KV-FAKTOREN
.
93
7.6.3
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
FUER
DEN
MOTORSTROM
.
94
7.6.4
LOESUNGSANSAETZE
FUER
DIE
BEGRENZUNG
DES
MOTORSTROMS
BEI
UEBERSCHWINGUNGSFREIER
SPRUNGANTWORT
.
95
7.6.5
BERECHNUNG
DER
ROBUSTHEIT
.
97
7.6.6
BEURTEILUNG
DER
KONTINUIERLICHEN
SYSTEMBESCHREIBUNG
.
97
7.7
BESCHREIBUNG
DES
ZEITDISKRETEN
SYSTEMS
.
98
SEITE
III
7.7.1
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
UND
KV-FAKTOREN
IM
Z-BEREICH
.
99
7.7.2
STROMUEBERTRAGUNGSFUNKTION
IM
Z-BEREICH
.
102
7.7.3
LOESUNGSANSAETZE
FUER
DIE
BERECHNUNG
DER
MAXIMA
VON
STROMVER
LAUF
UND
SPRUNGANTWORT
.
102
7.7.4
ROBUSTHEIT
IM
Z-BEREICH
.
103
7.7.5
ERGEBNISSE
DER
UNTERSUCHUNGEN
ZUR
ANALYTISCHEN
BERECHNUNG
EINER
BAHNOPTIMALEN
REGELUNG
.
104
7.8
OPTIMIERUNGSVERFAHREN
ZUM
ENTWURF
EINER
BAHNOPTIMALEN
REGELUNG
.
104
7.8.1
FUNKTIONSWEISE
EINES
OPTIMIERUNGSVERFAHRENS
ZUR
REGLERAUSLE
GUNG
.
104
7.8.2
DER
MINIMIERUNGSALGORITHMUS
.
106
7.8.3
DER
REGLERENTWURF
NACH
RICCATI
.
108
7.8.4
DER
REGLERENTWURF
DURCH
POLVORGABE
.
108
7.8.5
DAS
GUETEKRITERIUM'OPTIMALE
BAHNKURVE"
.
112
7.9
ZUSAMMENFASSUNG
DER
ERKENNTNISSE
BEI
DER
REGLERAUSLEGUNG
.
114
8
REGLERIMPLEMENTIERUNG
115
8.1
BERECHNUNG
DER
RUECKFUEHRKOEFFIZIENTEN
.
115
8.1.1
UNTERSCHIEDLICHE
VORSCHUBGESCHWINDIGKEITEN
BEDINGEN
VERAEN
DERLICHE
RUECKFUEHRKOEFFIZIENTEN
.
116
8.2
GESCHWINDIGKEITSADAPTIVER
ZEITDISKRETER
ZUSTANDSREGLER
.
118
8.2.1
STABILITAET
DER
GESCHWINDIGKEITSADAPTIVEN
ZUSTANDSREGELUNG
.
120
8.3
ZEIT
UND
KOSTENBEDARF
DER
AUTOMATISCHEN
INBETRIEBNAHME
VON
GE
SCHWINDIGKEITSADAPTIVEN
ZUSTANDSREGLERN
.
124
8.4
ZUSAMMENFASSENDE
BETRACHTUNG
DER
AUTOMATISCHEN
INBETRIEBNAHME
.
125
9
ERGEBNISSE
UND
BEWERTUNG
127
9.1
EINFUEHRUNG
.
127
9.2
SIMULATIONSERGEBNISSE
.
127
9.3
MESSERGEBNISSE
.
132
9.3.1
MESSUNGEN
OHNE
ZERSPANKRAEFTE
.
132
9.3.2
MESSUNGEN
WAEHREND
DER
ZERSPANUNG
.
134
9.4
BEWERTUNG
DES
REGELUNGS-UND
INBETRIEBNAHMEKONZEPTES
.
136
SEITE
IV
10
ZUSAMMENFASSUNG
138
10.1
ZUSAMMENFASSUNG
DER
ARBEIT
.
138
10.2
AUSBLICK
UND
SCHLUSSBEMERKUNG
.
140
11
LITERATURVERZEICHNIS
142
SEITE
V |
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