Dynamische Analyse und Regelung von Arbeitsmaschinen mit langen elastischen Auslegersystemen basierend auf der Port-Hamiltonschen Systembeschreibung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Johannes Fottner
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392009685

Dieses Projekt zielt auf auf die Lösung der komplexen Dynamik- und Steuerungsprobleme ab, die für Arbeitsmaschinen mit langen Auslegersystemen, wie Fahrzeugkrane und Hubarbeitsbühnen, charakteristisch sind.Die Strukturen bestehen aus einem elastischen Auslegersystem und einem hydraulischen Antriebssystem. Dieses Multiphysik-System kann als Port-Hamilton-System beschrieben werden.Die Auslegerssysteme werden durch Finite-Elemente-Modelle abgebildet. Dies führt aufgrund aufgrund der feinen Diskretisierung des Finite-Elemente-Modells zu einer großen Anzahl von Freiheitsgraden in der Hamiltonschen Systembeschreibung. Strukturerhaltende numerische Algorithmen eignen sich sehr gut, um die großen differenzial-algebraischen Gleichungenssysteme des Hamiltonschen Systems effektiv zu lösen.Das vorliegende Projekt konzentriert sich auf die folgenden Forschungsschwerpunkte: Die Entwicklung der Port-Hamiltonschen-Systembeschreibung, Simulation von Arbeitsspielen, Trajektorienplanung und aktive Schwingungsdämpfung.Die Forschungsarbeiten umfassen im Detail: (1) Ableitung der dynamischen differenzial-algebraischen Gleichungen für Arbeitsmaschinen mit langen Auslegersystemen auf der Basis der Port-Hamiltonschen-Systembeschreibung. Sie berücksichtigt die Kopplung zwischen dem mechanischen System, den Antrieben und der hydraulischen und elektrischen Steuerung. (2) Entwicklung des strukturerhaltenen Algorithmus zur effektiven Lösung des großen differenzial-algebraischen Gleichungssystems. (3) Es wird eine Methode zur Planung optimaler Trajektorien für Arbeitsvorgänge von Maschinen mit langen Auslegersystemen entwickelt. Ziel dabei ist, die Restschwingung des langen schlanken Systems während der Hebe- / Bremsphase zu minimieren. Gleichzeitig wird basierend auf dem dynamischen Modell eine modellprädikative Regelung entwickelt. Sie soll dazu dienen, Schwingungen zu dämpfen, die während eines Arbeitsvorgangs auftreten.Die Ergebnisse der oben genannten Forschungsarbeiten können dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit von Fahrzeugkranen und Hubarbeitsbühnen deutlich zu steigern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Biaosong Chen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Willibald A. Günthner