H-Regler minimaler Ordnung für elastisch gekoppelte Mehrmassensysteme unter Berücksichtigung von Lose und Haftreibung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aufbauend auf die im Zwischenbericht dargestellten Ergebnisse ist die Reibungskompensation für Mehrmassensysteme erheblich vereinfacht worden. Dazu wurde das Parallelmodell des geregelten, linearen Systems durch eine neue, vereinfachte Parallelstruktur ersetzt. Abhängig von der jeweilig verwendeten Parallelstruktur wurden zweckmäßige Parameter und Begrenzungen für die Generierung des Kompensationsmoments ermittelt. Weiterhin wurde die Reibungskompensation auch zusammen mit einer robusten PI-Kaskadenregelung eingesetzt und erbrachte gute Ergebnisse. In einem weiteren Arbeitspaket wurde untersucht, ob eine Reibungskompensation auch ohne Messung der lastseitigen Lage und Geschwindigkeit möglich ist, wenn stattdessen die lastseitige Beschleunigung gemessen wird. Dazu wurde der Prüfstand zunächst um einen lastseitigen Beschleunigungssensor vom Typ ACC 94 DUAL erweitert. Für diese Konfiguration wurden sowohl lineare als auch nichtlineare Beobachter entworfen und auf ihre Anwendbarkeit hinsichtlich einer Reibungskompensation hin untersucht. Obwohl hierbei durchaus Erfolge erzielt worden, die in anderen Bereichen relevant sein könnten, erschienen die Verbesserungen für eine Reibungskompensation nicht ausreichend. Auf Grund dieser Ergebnisse wurden, wie auch von den Gutachtern vorgeschlagen, Abstriche an diesen Teilen des Vorhabens gemacht und die weitere Forschungsarbeit vorrangig auf die Erforschung Hoo-optimaler, robuster P/PI-Kaskadenregelungen für Mehrmassensysteme konzentriert. P/PI-Kaskadenregelungen zählen zu den in der Industrie am häufigsten eingesetzten Regelungen. Die bisher verwendeten für robuste Hco-Regler führen dagegen auf relativ komplexe und intuitiv nur schwer erfassbare Reglerstrukturen. In diesem Forschungsvorhaben wurde daher eine Hoo-optimale Lageregelung mit PI-Kaskadenreglern entwickelt. Durch die Festlegung auf diese Reglerstruktur ist auch die Reglerordnung festgelegt und der Reglerentwurf wird auf ein Parameteroptimierungsproblem reduziert. Auf dieses Problem wurden die modemen Optimierungsverfahren Differential Evolution und Particle Swarm Optimization angewendet, um sie auf ihre Eignung zum Entwurf robuster P/PI-Kaskadenregelungen zu untersuchen. Beide Verfahren zeigten ein schnelles und gleichmäßiges Konvergenzverhalten, konnten die Optimierungsaufgabe ohne Schwierigkeiten lösen und kamen zu ähnlichen Ergebnissen. Darüber hinaus erwiesen sich beide Verfahren als anwenderfreundlich, da bei dem vorliegenden Problem keine speziellen Kenntnisse zur Wahl der internen Parameter bzw. Strategien notwendig sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Reduzierte Modelle für die Synthese robuster Hoo-Regler geringer Ordnung zur Regelung von Mehrmassen-Systemen" In: VDI-Berichte Bd. 1963 - Elektrisch-mechanische-Antriebssysteme. Böblingen, September 2006. - ISBN 3-18-091963-9, S. 893-904
Joost, M.; Peter, K.; Orlik, B.
- "Robust Hoo-control for multi-mass systems based on a reduced model'' In: Preprints - Mechatronics 2006 4th-IFAC Symposium on Mechatronic Systems. Heidelberg, September 2006, S. 421-426
Joost, M.; Peter, K.; Orlik, B.
- "Robust Hoo-Optimal P/PI Cascade Control for a Two-mass System'' In: Proceedings of the International Exhibition & Conference for Power Electronics Intelligent Motion Power Quality, PCIM Europe 2006. Nürnberg, Mai / Juni 2006
Peter, K.; Vinogradski, M.; Tenhagen, A.; Joost, M.; Orlik, B.
- "Robust Hoo-optimal pr control for servo drive applications solved by a genetic algorithm"' In: Proceedings of the 12th International Power Electronics and Motion Control Conference EPE-PEMC 2006. Portoroz, August / September 2006, S. 379-384
Peter, K.; Vinogradski, M.; Tenhagen, A.; Orlik, B.
- "Friction compensation for a robust Hoo-optimal position control of low order for a multi-mass system." In: Proceedings of the 12th European Conference on Power Electronics and Applications EPE 2007. Aalborg, September 2007. - ISBN 9789075815108
Joost, M.; Orlik, B.
- "Simple friction compensation for a robust PI-cascade position control of a multi-mass system. " In: Proceedings of the International Exhibition & Conference for Power Electronics Intelligent Motion Power Quality, PCIM Europe 2008. Nürnberg, Mai 2008. - ISBN 978-3-89838-605-0
Joost, M.; Orlik, B.; Schüttler, J.
- „Choosing Suitable Variants of Differential Evolution and Particle Swarm Optimization for the Optimization of a PI Cascade Control." In: 11th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment, OPTIM'08. Brasov, Mai 2008. - ISBN 1-4244-1545-4
Zielinski, K.; Joost, M.; Laur, R. ; Orlik, B.
- „Comparison of Differential Evolution and Particle Swarm Optimization for the Optimization of a PI Cascade Control." In: Proceedings of the IEEE Congress on Evolutionary Computation 2008. Hong Kong, Juni 2008
Zielinski, K.; Joost, M.; Laur, R. ; Orlik, B.
