Vergleich klassischer und moderner Regelverfahren am Beispiel einer Schachtförderanlage:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Series: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 8]
551 |
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| adam_text | Titel: Vergleich klassischer und moderner Regelverfahren am Beispiel einer Schachtförderanlage
Autor: Meyer, Dagmar
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Dagmar Meyer, Baiersdorf Vergleich klassischer und moderner Regelverfahren am Beispiel einer Schachtförderanlage Reihe 8: Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 551 VM VERLAG
Inhalt 1 Übersicht.............................................................................................1 2 Einleitung............................................................................................3 3 4 5 6 Dynamisches Modell einer Förderanlage.................................... 3.1 Konstruktiver Aufbau............................................................ 3.2 Beschreibung der Seildynamik.............................................. 3.2.1 Vergleich verschiedener Modellansätze...................... 3.3 Vereinfachtes Streckenmodell............................................... 3.3.1 Differentialgleichungen............................................... 3.3.2 Lagerreibung............................................................... 3.3.3 Berechnung der arbeitspunktabhängigen Koeffizienten 3.4 Übertragungsverhalten.......................................................... . 5 . 5 . 6 . 9 I 1 1 I 12 12 13 Eabornachbildung der Förderanlage......................................... 4.1 Versuchsaufbau................................................................... 4.2 Lastsimulation...................................................................... 4.2.1 Anpassung des Streckenmodells an den Versuchsantrieb......................................................... 4.2.2 Numerische Integration der Differentialgleichungen ... 4.2.3 Vergleich Antriebsslrecke - Simulation...................... 4.3 Rechnersystem..................................................................... Identifizierung eines Streckenmodells........................................ 5.1 Wahl eines geeigneten Anregungssignals............................. 5.2 Identifikationsverfahren....................................................... 5.2.1 Methode der kleinsten Fehlerquadrate........................ 5.2.2 Identifizierung mit gestörtem Ausgangssignal............. 5.2.3
Ergebnisse................................................................. Entwurf robuster Regelungen..................................................... 6.1 Struktur der FL-Hntwurfsaufgabe......................................... 6.2 Grundlagen des i! . -optimalen Reglers................................. 6.2.1 Beschreibung der Anforderungen durch die I L,.-Norm 6.2.2 Entwurfsziele............................................................. 6.2.2.1 Regelfehler.................................................. 6 2.2.2 Stellgröße.................................................... 6 2.2.3 Robustheit................................................... .16 .16 IS IS 21 ~n 23 25 25 30 30 32 33 35 35 .36 36 .38 .30 40 40 V
Inhalt 6.2.3 Wichtungsfunktionen.......................................................42 6.2.3.1 Wichtung der Stellgröße....................................43 6.2.3 2 Unterdrückung von Meßwertstörungen..............46 6.2.3.3 Wichtung der Regelabweichung........................47 6.2.3.4 Auslegung auf Störverhalten..............................49 6.2.4 Struktur der Entwurfsaufgabe...........................................49 6.3 Berechnung und Struktur des Reglers.........................................51 6.3.1 Berechnung des H 2 -optimalen Reglers.............................52 6.3.2 Berechnung des H^-optimalen Reglers............................53 6.4 Regelung der Schachtförderanlage.............................................54 6.4.1 Realisierte Regelkonzepte................................................55 6.4.2 Robustheitsanforderungen................................................57 6.4.3 Kaskadenregelung............................................................59 6.4.4 Lageregelung mit Vorsteuerung durch »inverses Modell«...........................................................................62 6.5 Bewertung der Ergebnisse.........................................................65 7 Entwurf einer Fuzzy-Regelung.........................................................67 7.1 Fuzzy Control: Grundlagen........................................................67 7.1.1 Unscharfe Mengen...........................................................67 7.1.2 Linguistische Aussagen und Fuzzy-Operatoren................68 7.1.3 Linguistische Regeln........................................................70 7.1.4 Anwendung der Fuzzy-Logik im Fuzzy-Regler................70 7.2 Fuzzy-PI-Drehzahlregelung........................................................74 7.3 Fuzzy-Kaskade ohne Führungsgrößengenerator.........................75 7.3.1
Drehzahlregler.................................................................76 7.3.2 Lageregler........................................................................80 7.3.3 Bestimmung der Skalierungsfaktoren...............................84 7.3 .4 Regelverhalten der Fuzzy-Kaskade..................................85 7.4 Bewertung.................................................................................88 7.5 Ausblick: Selbstorganisierender Fuzzy-Regler...........................89 7.5.1 Beschreibung des Lemalgorithmus...................................90 7.5.2 Die Gütebewertung..........................................................92 7.5.3 Das inverse Modell..........................................................93 7.5.4 Der Regel-Modifizierer....................................................94 7.5.5 Lemverhalten des SOFLC................................................95 8 PID-Kaskadenregelung.....................................................................97 8.1 Regleroptimierung.....................................................................97 8.1.1 Vorgabe des Störverhaltens..............................................98 8.1.2 Wahl des Gütefunktionais................................................99 8.1.3 Ergebnisse der Regleroptimierung..................................100 VI
Inhalt 8.2 DifFerenzdrehzahlaufschaltung.................................................103 8.2.1 Bestimmung der Aufschaltungskoeffizienten..................103 8.2.1.1 Dämpfungsvorgabe..........................................104 8.2.1.2 Verlust der Beobachtbarkeit an bestimmten Arbeitspunkten.............................105 8.2.2 Realisierung der Aufschaltung mittels Fuzzy-Logik........108 8.2.3 Einfluß der Aufschaltung auf das Regelverhalten............111 8.3 Kalman-Filter zur Geschwindigkeitsschätzung.........................113 8.3.1 Beschreibung des Filteralgorithmus................................114 8.3.2 Diskretisienmg der kontinuierlichen Systemgleichungen.........................................................117 8.3.3 Kovarianz- und Empfindlichkeitsanalyse........................118 9 Zusammenfassung...........................................................................123 10 Anhang.............................................................................................125 10.1 Streckenparameter der Schachtförderanlage.............................125 10.2 Koeffizienten der DifFerenzdrehzahlaufschaltung.....................126 11 Literaturverzeichnis........................................................................127 VII
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