Verfügbarkeit: Systemtheorie von Hardware-in-the-Loop-Simulationen mit Anwendung auf einem Fahrzeugachsprüfstand mit parallelkinematischem Lastsimulator

Systemtheorie von Hardware-in-the-Loop-Simulationen mit Anwendung auf einem Fahrzeugachsprüfstand mit parallelkinematischem Lastsimulator: = System theory of hardware-in-the-loop simulations with application to a vehicle axle test rig with parallel kinematic load simulator

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Olma, Simon (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Paderborn Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn [2021]
Schriftenreihe:	Verlagsschriftenreihe des Heinz Nixdorf Instituts Band 404
Schlagworte:	Mechatronik Regelungstechnik Hardware-in-the-loop Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	IX, 186 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm
ISBN:	9783947647231 3947647239

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG ........................................................................................................... 1 1.1 MOTIVATION ..................................................................................................... 1 1.1.1 HARDWARE-IN-THE-LOOP-SIMULATION ..................................................... 1 1.1.2 ANWENDUNGSBEISPIEL FAHRZEUGACHSPRUEFSTAND ................................. 2 1.1.3 PROBLEMSTELLUNG ................................................................................ 4 1.2 ZIELSETZUNG .................................................................................................. 6 1.3 AUFBAU DER ARBEIT ......................................................................................... 7 2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN ................................................................................ 9 2.1 GRUNDLAGEN DER HIL-METHODE .................................................................... 9 2.2 MODELLIERUNG ............................................................................................... 14 2.2.1 PKM AM BEISPIEL EINES HEXAPODEN .................................................. 14 2.2.2 PRUEFLING - MACPHERSON-FAHRZEUGACHSE............................................ 22 2.2.3 UMGEBUNGSMODELLE .......................................................................... 26 2.3 REGELUNGSTECHNISCHE GRUNDLAGEN .............................................................. 30 2.3.1 STABILITAET NICHTLINEARER SYSTEME - DIREKTE UND INDIREKTE METHODE NACH LYAPUNOV ................................................................................... 30 2.3.2 METHODE DER HARMONISCHEN BALANCE ............................................... 32 2.3.3 ZUSTANDSBEOBACHTUNG MIT SLIDING-MODE ......................................... 33 3 STAND DER TECHNIK UND FORSCHUNG ................................................................. 39 3.1 REGELUNGSTECHNISCHE ENTWURFS UND ANALYSEMETHODEN FUER HIL-SYSTEME . 39 3.1.1 SUBSTRUCTURING-METHODEN ................................................................. 39 3.1.2 OPTIMALE HIL-SYNTHESE NACH M AC D IARMID ......................................... 44 3.1.3 METHODEN IM ROBOTIK-BEREICH ........................................................... 47 3.1.4 METHODEN IM PHIL-BEREICH ............................................................. 49 3.1.5 WEITERE METHODEN ZUR UNTERSUCHUNG DER HIL-SIMULATIONSGUETE ... 50 3.2 VERGLEICHBARE ANWENDUNGSBEISPIELE ........................................................ 51 3.2.1 AUTOMOTIVE-BEREICH .......................................................................... 52 3.2.2 BAUINGENIEURWESEN .......................................................................... 53 3.2.3 ROBOTIK-BEREICH ................................................................................ 55 3.3 REGELUNGSVERFAHREN FUER PARALLELKINEMATIKEN ............................................ 56 3.3.1 POSITIONSREGELUNGEN UND ZUSTANDSBEOBACHTER ............................... 57 II INHALTSVERZEICHNIS 3.3.2 DIREKTE KRAFTREGELUNGEN UND HYBRIDE STRUKTUREN .............................. 61 3.3.3 INDIREKTE KRAFTREGELUNGEN ................................................................. 63 3.3.4 ANALOGIE ZWISCHEN HIL-SIMULATIONEN UND INDIREKTEN KRAFTREGELUNGEN 67 3.4 ZUSAMMENFASSUNG UND HANDLUNGSBEDARF ................................................... 68 3.5 KONKRETE ZIELSETZUNG UND FORSCHUNGSBEITRAG ............................................. 73 4 MODELL BASIERTER HIL-ENTWURF - TEIL I: EINDIMENSIONALES ERSATZSYSTEM . . 75 4.1 KONZIPIERUNG UND STRUKTURIERUNG ................................................................. 75 4.1.1 AUSGANGSSITUATION UND PROBLEMSTELLUNG ........................................... 75 4.1.2 HIL-KONFIGURATIONEN UND REGELUNGSKONZEPTE .................................. 77 4.2 MODELLIERUNG ............................................................................................... 81 4.3 HIL-SYSTEM MIT POSITIONSREGELUNG (ADMITTANZREGELUNG) ........................... 84 4.3.1 ENTWURF ............................................................................................... 84 4.3.2 FUNKTIONSNACHWEIS ............................................................................. 87 4.3.3 STABILITAETSANALYSEN ............................................................................. 88 4.3.4 AUSLEGUNG ......................................................................................... 94 4.4 HIL-SYSTEM MIT INDIREKTER KRAFTREGELUNG (IMPEDANZREGELUNG) .................. 95 4.5 HIL-SYSTEM MIT DIREKTER KRAFTREGELUNG (EXPLIZITE KRAFTREGELUNG) ............... 97 4.5.1 MINIMALBEISPIEL ZUR REALISIERUNG EINES HIL-DAE-SYSTEMS ............ 97 4.5.2 ENTWURF FUER DAS ANWENDUNGSBEISPIEL (DAE-SYSTEM) ..................... 99 4.5.3 REALISIERUNG UND AUSLEGUNG .............................................................. 101 4.5.4 MODELLIERUNG DER AKTORDYNAMIK ........................................................... 102 4.5.5 OPTIMIERUNGSBASIERTER ENTWURF UNTER BERUECKSICHTIGUNG DER SYSTEM DYNAMIK ........................................................................................ 103 4.6 HIL-SYSTEMANALYSE ......................................................................................... 107 4.6.1 EINSCHWINGVERHALTEN DER HIL-SYSTEME ............................................... 107 4.6.2 AKTORDYNAMIK ......................................................................................... 110 4.6.3 REIBUNGSEFFEKTE ................................................................................... 121 4.6.4 MASSEBEHAFTETER PRUEFLING / SPLIT-MASS-PROBLEM ................................. 123 4.6.5 SIMULATIONSBASIERTER VERGLEICH DER HIL-SYSTEME .............................. 130 4.7 ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION .............................................................. 133 5 MODELLBASIERTER HIL-ENTWURF - TEIL II: DER MEHRDIMENSIONALE FALL ............ 137 5.1 ERWEITERUNG DER HIL-SYSTEM-UND REGELUNGSSTRUKTUR ................................. 137 5.2 POSITIONSREGELUNG FUER DEN HEXAPODEN ........................................................... 138 5.3 ZUSTANDSBEOBACHTER ...................................................................................... 139 5.3.1 BEOBACHTBARKEITSMATRIX UND BEOBACHTBARKEIT .................................... 140 5.3.2 HIERARCHISCHER SLIDING-MODE-BEOBACHTER ............................................ 143 5.3.3 SUPER-TWISTING-SLIDING-MODE-BEOBACHTER ......................................... 148 5.3.4 NICHTLINEARER LUENBERGER-ARTIGER BEOBACHTER .................................... 151 5.3.5 SIMULATIONSBASIERTE ANALYSE DER BEOBACHTER ................................... 152 5.4 ENTWURF EINER HYBRIDEN HIL-REGELUNG ........................................................... 158 5.4.1 ENTWURF DER KRAFTREGELUNG .................................................................... 158 5.4.2 HYBRIDE HIL-REGELUNG .......................................................................... 161 5.5 SIMULATIONSBASIERTE ANALYSE DES HIL-SYSTEMS ............................................ 162 5.5.1 SIMULATIONSSETUP ................................................................................... 163 5.5.2 SIMULATIONSERGEBNISSE - REGELGUETE ....................................................... 163 INHALTSVERZEICHNIS III 5.5.3 AUSWAHL DES REFERENZSYSTEMS ........................................................... 165 5.5.4 SIMULATIONSERGEBNISSE - HIL-GUETE ..................................................... 165 5.6 ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION ............................................................ 170 6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK .................................................................. 171 6.1 ZUSAMMENFASSUNG ........................................................................................ 171 6.2 AUSBLICK .......................................................................................................... 172 LITERATUR ................................................................................................................... 175
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG . 1 1.1 MOTIVATION . 1 1.1.1 HARDWARE-IN-THE-LOOP-SIMULATION . 1 1.1.2 ANWENDUNGSBEISPIEL FAHRZEUGACHSPRUEFSTAND . 2 1.1.3 PROBLEMSTELLUNG . 4 1.2 ZIELSETZUNG . 6 1.3 AUFBAU DER ARBEIT . 7 2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN . 9 2.1 GRUNDLAGEN DER HIL-METHODE . 9 2.2 MODELLIERUNG . 14 2.2.1 PKM AM BEISPIEL EINES HEXAPODEN . 14 2.2.2 PRUEFLING - MACPHERSON-FAHRZEUGACHSE. 22 2.2.3 UMGEBUNGSMODELLE . 26 2.3 REGELUNGSTECHNISCHE GRUNDLAGEN . 30 2.3.1 STABILITAET NICHTLINEARER SYSTEME - DIREKTE UND INDIREKTE METHODE NACH LYAPUNOV . 30 2.3.2 METHODE DER HARMONISCHEN BALANCE . 32 2.3.3 ZUSTANDSBEOBACHTUNG MIT SLIDING-MODE . 33 3 STAND DER TECHNIK UND FORSCHUNG . 39 3.1 REGELUNGSTECHNISCHE ENTWURFS UND ANALYSEMETHODEN FUER HIL-SYSTEME . 39 3.1.1 SUBSTRUCTURING-METHODEN . 39 3.1.2 OPTIMALE HIL-SYNTHESE NACH M AC D IARMID . 44 3.1.3 METHODEN IM ROBOTIK-BEREICH . 47 3.1.4 METHODEN IM PHIL-BEREICH . 49 3.1.5 WEITERE METHODEN ZUR UNTERSUCHUNG DER HIL-SIMULATIONSGUETE . 50 3.2 VERGLEICHBARE ANWENDUNGSBEISPIELE . 51 3.2.1 AUTOMOTIVE-BEREICH . 52 3.2.2 BAUINGENIEURWESEN . 53 3.2.3 ROBOTIK-BEREICH . 55 3.3 REGELUNGSVERFAHREN FUER PARALLELKINEMATIKEN . 56 3.3.1 POSITIONSREGELUNGEN UND ZUSTANDSBEOBACHTER . 57 II INHALTSVERZEICHNIS 3.3.2 DIREKTE KRAFTREGELUNGEN UND HYBRIDE STRUKTUREN . 61 3.3.3 INDIREKTE KRAFTREGELUNGEN . 63 3.3.4 ANALOGIE ZWISCHEN HIL-SIMULATIONEN UND INDIREKTEN KRAFTREGELUNGEN 67 3.4 ZUSAMMENFASSUNG UND HANDLUNGSBEDARF . 68 3.5 KONKRETE ZIELSETZUNG UND FORSCHUNGSBEITRAG . 73 4 MODELL BASIERTER HIL-ENTWURF - TEIL I: EINDIMENSIONALES ERSATZSYSTEM . . 75 4.1 KONZIPIERUNG UND STRUKTURIERUNG . 75 4.1.1 AUSGANGSSITUATION UND PROBLEMSTELLUNG . 75 4.1.2 HIL-KONFIGURATIONEN UND REGELUNGSKONZEPTE . 77 4.2 MODELLIERUNG . 81 4.3 HIL-SYSTEM MIT POSITIONSREGELUNG (ADMITTANZREGELUNG) . 84 4.3.1 ENTWURF . 84 4.3.2 FUNKTIONSNACHWEIS . 87 4.3.3 STABILITAETSANALYSEN . 88 4.3.4 AUSLEGUNG . 94 4.4 HIL-SYSTEM MIT INDIREKTER KRAFTREGELUNG (IMPEDANZREGELUNG) . 95 4.5 HIL-SYSTEM MIT DIREKTER KRAFTREGELUNG (EXPLIZITE KRAFTREGELUNG) . 97 4.5.1 MINIMALBEISPIEL ZUR REALISIERUNG EINES HIL-DAE-SYSTEMS . 97 4.5.2 ENTWURF FUER DAS ANWENDUNGSBEISPIEL (DAE-SYSTEM) . 99 4.5.3 REALISIERUNG UND AUSLEGUNG . 101 4.5.4 MODELLIERUNG DER AKTORDYNAMIK . 102 4.5.5 OPTIMIERUNGSBASIERTER ENTWURF UNTER BERUECKSICHTIGUNG DER SYSTEM DYNAMIK . 103 4.6 HIL-SYSTEMANALYSE . 107 4.6.1 EINSCHWINGVERHALTEN DER HIL-SYSTEME . 107 4.6.2 AKTORDYNAMIK . 110 4.6.3 REIBUNGSEFFEKTE . 121 4.6.4 MASSEBEHAFTETER PRUEFLING / SPLIT-MASS-PROBLEM . 123 4.6.5 SIMULATIONSBASIERTER VERGLEICH DER HIL-SYSTEME . 130 4.7 ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION . 133 5 MODELLBASIERTER HIL-ENTWURF - TEIL II: DER MEHRDIMENSIONALE FALL . 137 5.1 ERWEITERUNG DER HIL-SYSTEM-UND REGELUNGSSTRUKTUR . 137 5.2 POSITIONSREGELUNG FUER DEN HEXAPODEN . 138 5.3 ZUSTANDSBEOBACHTER . 139 5.3.1 BEOBACHTBARKEITSMATRIX UND BEOBACHTBARKEIT . 140 5.3.2 HIERARCHISCHER SLIDING-MODE-BEOBACHTER . 143 5.3.3 SUPER-TWISTING-SLIDING-MODE-BEOBACHTER . 148 5.3.4 NICHTLINEARER LUENBERGER-ARTIGER BEOBACHTER . 151 5.3.5 SIMULATIONSBASIERTE ANALYSE DER BEOBACHTER . 152 5.4 ENTWURF EINER HYBRIDEN HIL-REGELUNG . 158 5.4.1 ENTWURF DER KRAFTREGELUNG . 158 5.4.2 HYBRIDE HIL-REGELUNG . 161 5.5 SIMULATIONSBASIERTE ANALYSE DES HIL-SYSTEMS . 162 5.5.1 SIMULATIONSSETUP . 163 5.5.2 SIMULATIONSERGEBNISSE - REGELGUETE . 163 INHALTSVERZEICHNIS III 5.5.3 AUSWAHL DES REFERENZSYSTEMS . 165 5.5.4 SIMULATIONSERGEBNISSE - HIL-GUETE . 165 5.6 ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION . 170 6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK . 171 6.1 ZUSAMMENFASSUNG . 171 6.2 AUSBLICK . 172 LITERATUR . 175
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