Modellierung und Vorsteuerungsentwurf für Flexible Mehrkörpersysteme mit Umgebungskontakt

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Robert Seifried
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 187619583

Durch wachsende Anforderungen an Energieeffizienz und höhere Verfahrgeschwindigkeiten gewinnen Maschinen in Leichtbauweise immer mehr an Bedeutung. Dies führt jedoch oft zu unerwünschten elastischen Verformungen. Führen diese Maschinen große Arbeitsbewegungen aus, so ist die Modellierung mit der Methode der flexiblen Mehrkörpersysteme notwendig. Auch wird in vielen praktischen Anwendungen der Kontakt von Maschinen mit der Umgebung immer wichtiger. In diesem Projekt stehen die Modellierung, die Modellinversion zum Vorsteuerungsentwurf sowie die Trajektorienregelung flexibler Mehrkörpersysteme mit Umgebungskontakt im Mittelpunkt. In der ersten Projektphase wurde hierzu ein einheitlicher Ansatz zum Vorsteuerungsentwurf für flexible Mehrkörpersysteme mit kinematischen Schleifen, geschlossenen Kontakten und Folgeregelung erarbeitet. Dabei hat sich ein Modellinversionsansatz mittels sogenannter Servobindungen als am besten geeignet erwiesen. Aufbauend auf den vielversprechenden Ergebnissen der ersten Förderperiode sollen in der beantragten zweiten Förderphase die entwickelten Methoden und Modelle so weiterentwickelt werden, dass ein effizienter Einsatz in realen Anwendungen möglich ist. Hierzu sollen neben methodischen Weiterentwicklungen und numerischen Tests auch ausgewählte experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden. Ein erstes Ziel der zweiten Förderphase ist die Steigerung der numerischen Effizienz des Randwertlösers für die Modellinversion, um auch für mittelgroße und größere Systeme eine schnelle Vorsteuerungsberechnung zu ermöglichen. Für mittelgroße Modelle wird eine Berechnungszeit in der Größenordnung der Echtzeit der vorgegebenen Trajektorie anvisiert. Als zweites Ziel wird eine Verbesserung der Modellgüte angestrebt, speziell hinsichtlich der Reibungsmodelle sowie einer Erweiterung auf Abheben und Wiedereintritt des Kontaktes. In beiden Fällen führt dies auf nicht glatte Modelle, wozu auch der entwickelte Randwertlöser erweitert werden muss. Ein drittes Hauptaugenmerk wird die geschickte Kombination der Vorsteuerung mit einem effizienten rückführenden Regler sein. Somit können dann auch externe Störungen der elastischen Koordinaten ausgeregelt werden. Solche Störungen können Bauteilschwingungen sein, die z.B. durch Reibung am Kontaktpunkt oder beim Aufsetzen des Kontaktes angeregt werden. Für die Regelung ist ein Ansatz mittels Ausgangsrückführung vorgesehen. Dazu werden durch Dehnmessstreifen Krümmungen der elastischen Bauteile gemessen und mit Sollkrümmungen aus der Modellinversion verglichen und zurückgeführt. Des Weiteren soll auch die Möglichkeit der Kombination solch eines Regelkonzepts mit Kontaktkraftmessungen untersucht werden. Abschließende Punkte der zweiten Projektphase bilden die numerische und experimentelle Überprüfung der erstellten Methoden anhand einer vorhandenen elastischen Parallelkinematik. Damit soll die praktische Einsetzbarkeit der entwickelten Methoden und Modellen demonstriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Peter Eberhard