Entwicklung und Erprobung last- und bewegungsentkoppelter Aktorstrukturen mittels nichtlinearer, modellbasierter Steueralgorithmen
Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Transferprojektes ist die Entwicklung robuster Steuerungssysteme mit getrennten Steuerkanten (GSK) für den effizienten Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen insbesondere unter dem Aspekt der funktionalen und wirtschaftlichen Industrietauglichkeit. Bisher verhindert die hohe Komplexität der Steuerung und Regelung von Ventilsystemen mit getrennten Steuerkanten eine breite Industrieakzeptanz. Die hohen Energieeinsparpotentiale dieser Systemarchitektur rücken mit Blick auf den zunehmenden Trend hin zu Ressourcen- und Energieeffizienz jedoch wieder in den Fokus. Neben der Reduktion der Drosselverluste bieten Systeme mit getrennten Steuerkanten die Möglichkeit, die Strömungspfade frei zu definieren und somit Volumenstrom zu regenerieren und den erforderlichen Pumpenvolumenstrom zu reduzieren. Durch verbraucherinterne und -übergreifende Regeneration können generatorisch wirkende Lasten nutzbar gemacht und die hydraulisch zugeführte Primärleistung der Pumpe reduziert werden. Der Nachweis über die Industrietauglichkeit der in den vorangegangenen Projekten entwickelten Ansätze und Konzepte für strukturelle sowie steuerungstechnische Lösungen soll an einem Mobilbagger der Firma Liebherr Hydraulikbagger GmbH erbracht werden. Zu dieser Maschine werden detaillierte Simulationsmodelle erstellt, validiert und für den modellbasierten Steuerungsentwurf verwendet. Zudem ist die Maschine mit einer umfangreichen sensorischen Ausstattung versehen, die weit über die einer Serienmaschine hinausgeht, wodurch detaillierte Vergleichsstudien durchgeführt werden können. Der Übergang von hochspezialisierten Wegeventilen hin zu standardisierten Einzelwiderständen durch Verwendung der 2-Wege-Einbauventiltechnik eröffnet vielseitige Potentiale im Bereich der Flexibilität, sowohl auf Komponenten- als auch auf Systemebene. Hierbei unterstützt die Firma HydraForce Inc. mit der Bereitstellung, Erprobung und Weiterentwicklung sitzdichter Einzelventile mit proportionaler Charakteristik, welche neben der Volumenstromsteuerung zusätzliche Funktionen wie Lasthalten übernehmen können. Die Kombination von Vorsteuerventilen im Pilotkreis von Einbauventilen ermöglicht die Integration weiterer Zusatzfunktionen, wie z. B. Druckbegrenzung, Stromregelung oder auch Kombinationen davon. Für eine strukturund funktionsoptimale Auslegung der einzusetzenden Ventile sowie deren Ansteuerung werden innerhalb des Transferprojektes detaillierte Analysen durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Investigation of the Temperature Influence on Electrohydraulic Valve Control and Presentation of a Novel Compensation Approach for Independent Metering Valve Systems. ASME/BATH 2023 Symposium on Fluid Power and Motion Control. American Society of Mechanical Engineers.
Bachmann, Lukas; Liu, Jianbin & Weber, Jürgen
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Evaluation of Nonlinear MIMO Controllers for Independent Metering in Mobile Hydraulics. 2022 Global Fluid Power Society Ph.D. Symposium, 1-18. River Publishers.
Bachmann, Lukas; Sitte, Andre & Weber, Jurgen
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Design Of A Cartesian Hybrid Force-Position Controller For A Hydraulic Manipulator; 2024 IEEE Global Fluid Power Society PhD Symposium; Hudiksvall, SE; Springer Nature; Publication pending in Proceedings of the Global Fluid Power Society PhD Symposium 2024, 05.05.2025; ISBN: 978-3-031-84505-5
Bachmann, Lukas; Remde, Paul & Weber, Jürgen
