Entwicklung eines Ansteuermodells für prädiktive Ansteuerdaten zur Erweiterung der Prozessgrenzen von piezokinematischen Systemen für die Produktionstechnik
Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Forschungsprojekt wurde am Beispiel eines hochreaktiven Systems mit Parallelkinematik das Problem der Automatisierung des iterativen Prozesses vollständig gelöst. In der Produktion wird üblicherweise die Problematik durch arbeitsintensive iterative Methoden mit großem Zeitaufwand bewältigt. Dabei wird nach jedem Bohrvorgang das Werkstück gereinigt, vermessen, geschmiert und zum Nachbohren vorbereitet, um Ungenauigkeiten der Vorbehandlung zu beseitigen. Diesen Vorgang wiederholt man so lange, bis der Bearbeitungsfehler klein genug ist, um das Ergebnis als zufriedenstellend einzustufen. Die Lösung des Problems mithilfe der Methoden der klassischen Regelung ist mit einem großen Aufwand verbunden. Denn das System besitzt unterschiedliche Dynamiktypen und -Geschwindigkeiten, die sich gegenseitig beeinflussen. Außerdem ist die klassische Lösung unzuverlässig, da die Größe des Bearbeitungsfehlers nicht nur von der Betriebsweise des Systems abhängt, sondern auch davon, ob mit anderen Werkstückmaterialien gearbeitet wird oder die Kante des Schneidwerkzeugs abgestumpft ist. Ein neuer Lösungsansatz greift auf diakoptische Verfahren zur Trennung von komplexen Prozessen zu. Damit werden Probleme der gemeinsamen Berechnung des Zustands der Systemdynamiken bei unterschiedlichen Prozessgeschwindigkeiten gleichzeitig gelöst. Die Verwendung von Kommunikationsgleichungen als ein Teil der diakoptischen Methoden ermöglicht es, jede Dynamik als eigenes isoliertes System zu analysieren, wobei der Einfluss anderer Dynamiken berücksichtigt wird. Es ermöglicht auch eine parallele Analyse ohne gegenseitigen Einfluss von Steuerungstechniken und verwendeten neuronalen Netzwerkmodellen ohne signifikante Analysefehler. Das Ansteuermodell wurde als System von Differentialgleichungen des Systemzustands mit Anpassungen aus neuronalen Trainingsmodellen entwickelt. Dabei sind die Wichtungen des neuronalen Netzesdie Koeffizienten der harmonischen Analyse oder der Regressionsanalyse von Messdaten der taktilen Messung. Die Konstanzintervalle der Strukturen erlauben es, das System in ein klassisches System mit offener Steuerung zu überführen, die Funktionen von gemessenen Abweichungen von der Norm (z. B. mithilfe der Messung mittels Laservibrometer) und "Black Box" zu trennen. Dabei kann die „Black Box“ unter Verwendung bekannter Techniken in MATLAB oder modifizierten Bibliotheken in Python identifiziert werden. Es wurde festgestellt, dass der alleinige Einsatz von neuronalen Netzen die Probleme der Geometrieverformungen infolge der Eigenresonanzen der Maschine, sowie des nichtvorhersehbaren Betriebs der Leistungskonverter nicht lösen kann. Daher wurde eine große Zahl von Lösungsansätzen untersucht, die nicht im Forschungsantrag beschrieben wurden, um unerwünschte Effekte zu trennen und den Betrieb des Leistungskonverters zu stabilisieren. Eine Wiederholbarkeit der Geometrieform abseits der Amplitudenüberhöhung war möglich, was bereits auf theoretischer Ebene ein positives Ergebnis ist. Die weitere Analyse der Modulationstechniken und der Entwurf von Leistungskonvertern mit MOSFET-Treibern, die durch einen Arduino gesteuert werden, bilden eine Brücke zwischen diesem Projekt und nachfolgenden Projekten. Eine weitere Initiative im Projekt ist der Entwurf einer Wechselrichter-Steuerungsschnittstelle (Schnittstellenkern in Python-Umgebung aufgebaut, sowie Control-Touchinterface in Kivy), die es ermöglicht, folgende Aufgaben auszuführen: Herunterladen von Messdaten des taktilen Messgeräts in Form eines Textdokuments, Verarbeitung von Fehlern, Beeinflussung des Trainings des maschinellen Lernmoduls, Einstellen des Modulationssignals und Ersetzen der Hauptkomponenten des Modells in Echtzeit. Die Notwendigkeit der Projektinitiative ist dadurch begründet, dass einerseits Resonanzprobleme während des Betriebs auftreten, die spezifische Modulationstechniken erfordern. Andererseits wird dadurch eine Lösungsplattform für zukünftige Forschungs- und Entwicklungsthemen gebildet. Die Projektergebnisse verdeutlichen die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methoden und den Entwicklungsbedarf neuartiger Ansätze bezüglich des Entwurfs von Leistungskonvertern mit intelligenter Regelung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Simplification of the Model of Piezoelectric Actuator Control Based on Preliminary Measurements. Actuators, 9(3), 90.
Baraniuk, Roman & Drossel, Welf-Guntram
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Smart Modulation for Control Systems with High Regulation Capabilities for Cooling Systems Optimisation and Carbon Footprint Reduction in Industry. Energies, 14(24), 8578.
Baraniuk, Roman & Drossel, Welf-Guntram
