Diese Arbeit entstand im Rahmen einer Diplomarbeit am Fachgebiet für Mess- und Regelungstechnik der Universität Duisburg. Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines Prototypen und eines Regelalgorithmus für einen Laborversuch mit einem flexiblen elastischen Arm, der in der Lage ist, die gestellten Regelungsaufgaben mit hoher Güte zu erfüllen.
Zur Verifikation des mathematischen Modells und zur Identifikation der Parameter des Versuchsaufbaus wurden in der Arbeit experimentelle Untersuchen am Prototypen durchgeführt. Die Auswertung zeigte, dass sich die Messung mit den Dehnungsmessstreifen und die damit verbundene Umrechnung auf die elastischen Koordinaten als sehr zuverlässig erwiesen.
Bei der Realisierung des Laborversuchs wurde ebenfalls ein Windows-Programm entworfen mit dessen Hilfe sich Aussagen über die Regelgüte treffen lassen.
Ebenfalls konnte in der Arbeit gezeigt werden, dass die Modellbildung des elastischen Arms trotz der Vernachlässigung der nicht-linearen Eigenschaften dazu geeignet ist, das Verhalten des elastischen Arms mit hoher Genauigkeit zu beschreiben. Weiterhin konnte am Laborversuch die typischen Effekten verschiedener Zustandsregelungen verdeutlicht werden.
Inhaltsverzeichnis
- Erweitertes Modell des elastischen Arms
- Übersicht
- Mathematische Beschreibung des elastischen Arms
- Reibungsmodell und Berücksichtigung der Strukturdämpfung
- Zustandsraummodell
- Parameter des Laborversuches
- Messung der Arm-Position
- Übersicht
- Messung des Winkels
- Messung der Armposition mit DMS
- Grundlagen der Messung mit DMS
- Prinzip der DMS-Meẞbrücke
- Aufbau des Laborversuches
- Übersicht
- Mechanischer Aufbau
- Elektrischer Aufbau
- Modellierung des Laborversuches
- D/A-Wandler
- Servoverstärker
- Motor
- Inkrementalgeber
- Meẞverstärker
- Dehnungsmeßstreifen
- Windows-Programm FLEXARM
- Übersicht
- Bedienung des Programms
- Beschreibung der Menüs
- Details der Programmierung
- Kalibrierung der Meßeinrichtung
- Sicherheitsabschaltung
- Anmerkungen zu speziellen Klassen und Funktionen
- Modell-Verifikation
- Überblick
- Parameterbestimmung
- Bestimmung des Elastizitätsmoduls
- Bestimmung der Strukturdämpfung
- Modellüberprüfung
- Regelverfahren für elastische Manipulatoren
- Einleitung
- Klassifizierung und Überblick
- Rahmenbedingungen der Versuche
- Bestimmung der nicht-meßbaren Zustände
- Störgrößenkompensation
- Experimente mit dem Laborversuch
- Optimale Zustandsregelung
- Polvorgabe
- Abschließende Bemerkungen
- Vorschläge über mögliche Expermimente
- Vorschläge
- Fazit und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Realisierung der Regelung eines Laborversuchs mit einem flexiblen Arm. Ziel ist es, ein erweitertes Modell des elastischen Arms zu entwickeln, die Armposition zu messen und den Laborversuch aufzubauen. Darüber hinaus wird ein Windows-Programm zur Bedienung des Versuchs entwickelt und das Modell anhand von Messdaten verifiziert. Abschließend werden verschiedene Regelverfahren für elastische Manipulatoren vorgestellt und am Laborversuch erprobt.
- Entwicklung eines erweiterten Modells für einen elastischen Arm
- Messung der Armposition mithilfe verschiedener Sensoren
- Aufbau eines Laborversuchs zur Erprobung der Regelung des flexiblen Arms
- Entwicklung einer Software zur Bedienung des Versuchs
- Anwendung und Vergleich verschiedener Regelverfahren für elastische Manipulatoren
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Dieses Kapitel stellt ein erweitertes Modell des elastischen Arms vor, das die elastischen Eigenschaften des Arms berücksichtigt. Es umfasst die mathematische Beschreibung des Arms, ein Reibungsmodell, die Berücksichtigung der Strukturdämpfung und die Entwicklung eines Zustandsraummodells. Zusätzlich werden die Parameter des Laborversuchs definiert.
- Kapitel 2: In diesem Kapitel werden die Methoden zur Messung der Armposition beschrieben. Es werden die Messungen des Winkels und der Armposition mithilfe von Dehnungsmessstreifen (DMS) erläutert, einschließlich der Grundlagen der DMS-Messung und des Prinzips der DMS-Meßbrücke.
- Kapitel 3: Dieses Kapitel behandelt den Aufbau des Laborversuchs. Es beschreibt den mechanischen und elektrischen Aufbau sowie die Modellierung der einzelnen Komponenten wie D/A-Wandler, Servoverstärker, Motor, Inkrementalgeber, Meßverstärker und Dehnungsmeßstreifen.
- Kapitel 4: Dieses Kapitel stellt das Windows-Programm FLEXARM vor, das zur Bedienung des Laborversuchs entwickelt wurde. Es umfasst eine Übersicht über die Bedienung des Programms, eine Beschreibung der Menüs und detaillierte Informationen zur Programmierung, einschließlich der Kalibrierung der Meßeinrichtung, der Sicherheitsabschaltung und Anmerkungen zu speziellen Klassen und Funktionen.
- Kapitel 5: In diesem Kapitel wird die Verifikation des entwickelten Modells anhand von Messdaten durchgeführt. Es umfasst die Parameterbestimmung, die Bestimmung des Elastizitätsmoduls und der Strukturdämpfung sowie die Überprüfung des Modells mithilfe von Testsignalen.
- Kapitel 6: Dieses Kapitel befasst sich mit verschiedenen Regelverfahren für elastische Manipulatoren. Es beinhaltet eine Einleitung, eine Klassifizierung der Regelverfahren, die Rahmenbedingungen der Versuche, einschließlich der Bestimmung der nicht-meßbaren Zustände und der Störgrößenkompensation, sowie Experimente mit dem Laborversuch, wie die optimale Zustandsregelung und die Polvorgabe.
Schlüsselwörter
Elastischer Arm, Regelung, Laborversuch, Modellierung, Zustandsraummodell, Dehnungsmessstreifen (DMS), Meßbrücke, Windows-Programm, Modellverifikation, Parameterbestimmung, Regelverfahren, optimale Zustandsregelung, Polvorgabe.
- Quote paper
- Dr. Jens Hilgert (Author), 2000, Realisierung der Regelung eines Laborversuchs mit einem flexiblen Arm, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/20908
