Mehrgrößenregelung und Parameteridentifikation einer Linear-Magnetführung:
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
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1997
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| adam_text | Titel: Mehrgrößenregelung und Parameteridentifikation einer Linear-Magnetführung
Autor: Tieste, Karl-Dieter
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE Dipl.-Ing. Karl-Dieter Tieste, Hannover Mehrgrößenregelung und Parameteridentifikation einer Linear-Magnetführung Reihe 8 : Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 656
Inhaltsverzeichnis Formelzeichen VII 1 Einleitung 1 1.1 Problemstellung.............................. 1 1.2 Ziel und Aufbau der Arbeit....................... 1 2 Literaturstudie 3 2.1 Magnetschwebeprinzipien......................... 3 2.2 Stand der Technik ............................ 5 2.2.1 Magnetschwebetechnik...................... 5 2.2.1.1 Elektromagnetisches Schweben............ 5 2.2.1.2 Elektrodynamisches Schweben............. 6 2.2.2 Magnetlagertechnik........................ 8 2.2.2.1 Reinstraum und Vakuumtechnik........... 8 2.2.2.2 Lagerung von Turbomaschinen............ 8 2.2.2.3 Spindellagerungen für Werkzeugmaschinen...... 9 2.2.2.4 Supraleitende Magnetlagerungen...........10 2.2.3 Linearführungen ......................... 11 2.2.3.1 Fördertechnik...................... 11 2.2.3.2 Reinstraum- und Vakuumtechnik...........11 2.2.3.3 Präzisionstechnik....................12 3 Magnetführungen für Werkzeugmaschinen 15 3.1 Statisches und dynamisches Verhalten von Werkzeugmaschinen- Linearführungen.............................. 15 3.2 Vergleich der Magnetführung mit Magnetschwebebahn und Radial- Magnetlager................................ 17 4 Modellbildung 19 4.1 Das mechanische Teilsystem.......................20 4.2 Die Aktuatoren..............................24 4.2.1 Aktuatoren für das Tragen und Führen.............24 4.2.2 Aktuatoren für den Antrieb...................27 IV
4.2.3 Modellbildung der Aktuatoren..................28 4.3 Die Kopplung...............................29 4.4 Die Magnetführung............................30 4.5 Kritische Anmerkungen zur Modellbildung...............31 4.6 Zur Anordnung der Sensoren und Aktuatoren.............32 5 Versuchsaufbau 33 5.1 Komponenten der Magnetführung....................34 5.1.1 Die Trag- und Führmagnete...................34 5.1.1.1 Überlegungen zur Auslegung der Elektromagnete . . 35 5.1.1.2 Das Kennlinienfeld des Magnetpaars vom Einfreiheitsgradlager ......................36 5.1.1.3 Die Kenngrößen der Elektromagnete der Magnetführung .......................37 5.1.2 Die Leistungsverstärker......................38 5.1.3 Die Wegsensoren.........................40 5.1.4 Elektromagnetische Verträglichkeit...............42 5.1.5 Die Regelungshardware......................43 5.2 Regelungstechnische Beschreibung....................46 5.2.1 Das Einfreiheitsgradlager.....................46 5.2.2 Die Magnetführung........................47 5.2.3 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit...............51 6 Freiheitsgrad-Regelung 53 6.1 Ansatz zur Freiheitsgrad-Regelung....................53 6.2 Reglerentwurf anhand des Einfreiheitsgradlagers............56 6.3 Freiheitsgrad-Regelung der Magnetführung............ 62 6.4 Stärken und Schwächen der Freiheitsgrad-Regelung..........64 7 Entkoppelte Kaskadenregelung 66 7.1 Die Stromregelung............................66 7.2 Lageregelung der Magnetführung....................68 7.3 Lageregelung des Einfreiheitsgradlagers.................70 7.3.1 Zeitdiskrete PIDTj Regelung ..................72 V
7.3.2 Zeitkontinuierliche Zustandsregelung........ 72 7.3.3 Vergleich der Reglereigenschaften................74 7.4 Messungen an der Magnetführung....................78 7.5 Die Grenzen der entkoppelten Kaskadenregelung............91 7.5.1 Die Modellbildung........................92 7.5.2 Die Sensorik............................94 7.5.3 Die Aktuatorik..........................94 7.5.4 Der Prozeßrechner........................ 94 8 Adaption und Identifikation der Beladung 8.1 Identifikation der Magnetparameter.......... 8.2 Identifikation der Massenmatrix............ 8.3 Identifikationsergebnisse für das Einfreiheitsgradlager 8.4 Identifikationsergebnisse für die Magnetführung . . . 8.5 Parameteradaption................... 95 95 97 103 109 115 9 Betrachtungen zur Technologie der Linear- Magnetführung. Ein Ausblick 116 9.1 Einsatzfähigkeit..............................116 9.2 Möglichkeiten...............................117 9.2.1 Trennung von Lagereferenz und Kraftübertragung.......118 9.2.2 Die Berührungsfreiheit......................118 9.2.3 Einsatz als Sensor.........................119 9.2.4 Einsatz als Stellglied.......................119 9.2.5 Integration des Antriebes.....................119 9.3 Einsatzgebiete...............................121 10 Zusammenfassung 122 Literatur 124 VI
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