Model-based Numerical Control (MNC) for the automation of casting processes
Final Report Abstract
Im Projekt MNC wurde ein Konzept entwickelt, dass es ermöglicht Prozessgleichungen, die das Schwerkraftmetallgießen in Form von nichtlinearen Differentialgleichungen beschreiben, in eine industrielle Steuerung zu integrieren. Das Konzept beinhaltet die Steuerungsarchitektur, die Prozessschnittstellen sowie die Organisation der notwendigen Prozessparameter. Es wurde ein Demonstrator aufgebaut und das Konzept auf einer TwinCAT CNC implementiert. Dabei wurde der Demonstrator mit Wasser betrieben. Neben der reinen Ansteuerung der Achsen des Demonstrators, wurde ein Regler sowie ein Beobachter entworfen. Nach einigen Auswertungen, wurde ein adaptives Kalman-Filter ausgewählt. Zur Messung der Flussrate wurde hierfür eine Waage eingebaut. Der Regler wurde über eine Ein-/Ausgangslinearisierung mit PI-Regler implementiert. Eine simulative sowie experimentelle Analyse zeigte, dass die Anwendung der Prozessgleichungen zur Berechnung der Achssollwerte zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Allerdings müssen die notwenigen Prozessparameter und sowie Parameter, die für den Beobachter benötigt werden, möglichst gut bestimmt werden. Ein Vergleich von gemessenem Gewicht und bei gleichen Antriebswerten simuliertem Gewicht validiert das Prozessmodell. Eine Umparametrierung auf verschiedene Gießpfannen ist möglich. Ein Vergleich des gemessenen Gewichts während des Prozesses mit einem simulierten Gewicht wurde angestellt. Für die Simulation wurden die Achswerte der Maschinenachsen aufgezeichnet und anschließend in Matlab in das Prozessmodell geladen. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung der Werte. Der Demonstrator wurde auf der Messe smart production solutions (SPS) 2021 ausgestellt und für die Messe beworben. Video zum Projekt: https://www.youtube.com/watch?v=2JwplBDbYRc
Publications
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Modellbasierte numerische Steuerung/Developing and implementing a control architecture for gravity die casting – Model-based numerical control. wt Werkstattstechnik online, 110(05), 312-317.
Elser, Anja; Teicht, Steffen & Lechler, Armin
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Implementation of a Model Based Numerical Control for the Gravity Die Casting Process. 2021 22nd IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT) (2021, 3, 10), 1094-1099. American Geophysical Union (AGU).
Elser, Anja & Lechler, Armin
