Die vorliegende Arbeit behandelt die Positions-, Geschwindigkeits- und Kraftregelung eines Portalsystems. Dieses besteht aus zwei Linearachsen mit Spindelantrieb, welche senkrecht zueinander montiert sind. Die vorgeschlagenen Regelungsstrategien bieten diverse Möglichkeiten für unterschiedliche Handhabungsaufgaben in einem definierten kartesischen Arbeitsbereich.
Aufbauend auf den Modellgleichungen wird eine Parameteridentifikation und Modellvalidierung durchgeführt. Die Parameteridentifikation bezieht sich auf die Reibparameter und die bewegten Massen des Systems. Für die Positions- und Geschwindigkeitsregelung werden Methoden der exakten Eingangs-Ausgangslinearisierung angewandt. Die Solltrajektorien
für die Geschwindigkeitsregelung können über einen montierten Joystick vorgegeben werden. Dies erlaubt ein interaktives Einlernen von einfachen Handhabungsaufgaben. Die Positions- und Geschwindigkeitsregelung liefert ein sehr gutes Trajektorienfolgeverhalten, welches auch experimentell bestätigt wurde. Im Weiteren wird eine Impedanzregelung mit einem Sensor und einem Beobachter realisiert. Hierbei bestätigen Untersuchungen, dass die Impedanzregelung eine sehr hohe Güte aufweist. Sämtliche Regelungsstrategien werden anhand von Simulation getestet und am Prüfstand implementiert.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Modellbildung
- 2.1 Kinematik
- 2.1.1 Portalsystem
- 2.1.2 Energiekette
- 2.1.3 Endeffektor
- 2.2 Dynamik
- 2.2.1 Kinetische Energie
- 2.2.2 Potentielle Energie
- 2.2.3 Dissipative Kräfte
- 2.2.4 Verallgemeinerte Kräfte
- 2.3 Bewegungsgleichungen
- 2.3.1 Vollständiges Modell
- 2.3.2 Reduziertes Modell mit Energiekette
- 2.3.3 Reglerentwurfsmodell
- 2.1 Kinematik
- 3 Identifikation
- 3.1 Analyse
- 3.2 Identifikation
- 3.2.1 Reibung
- Identifikation y-Achse
- Identifikation z-Achse
- Identifikation der periodischen Reibung
- 3.2.2 Bewegte Masse
- 3.2.1 Reibung
- 3.3 Online-Identifikation
- 3.3.1 Implementierung
- 3.3.2 Vergleich
- 4 Beobachter für die externe Lastkraft
- 4.1 Trivialer Beobachter
- 4.2 Störgrößenbeobachter
- 4.3 EKF als Lastkraftschätzer
- 4.4 Kalman-Filter als Lastkraftschätzer
- 4.5 Experimentelle Ergebnisse
- 5 Regelung
- 5.1 Entwurfsmodell
- 5.2 Trajektorienplanung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Positions-, Geschwindigkeits- und Kraftregelung für ein 2D-Portalsystem. Das System besteht aus zwei Linearachsen mit Spindelantrieb, die senkrecht zueinander montiert sind. Die Arbeit zielt darauf ab, verschiedene Regelungsstrategien zu entwickeln, die für unterschiedliche Handhabungsaufgaben in einem definierten kartesischen Arbeitsbereich geeignet sind.
- Modellbildung und Identifikation des 2D-Portalsystems
- Entwicklung von Positions- und Geschwindigkeitsreglern
- Implementierung einer Impedanzregelung
- Entwicklung von Beobachtern zur Schätzung externer Lastkräfte
- Experimentelle Validierung der entwickelten Regelungsstrategien
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einführung in das Thema der Arbeit und Motivation
- Kapitel 2: Detaillierte Modellbildung des 2D-Portalsystems, einschließlich Kinematik, Dynamik und Bewegungsgleichungen
- Kapitel 3: Analyse und Identifikation der Systemparameter, insbesondere der Reibung und der bewegten Massen
- Kapitel 4: Entwicklung und Implementierung verschiedener Beobachter zur Schätzung der externen Lastkräfte
Schlüsselwörter
Modellbasierte Regelung, Positionsregelung, Geschwindigkeitsregelung, Kraftregelung, Impedanzregelung, 2D-Portalsystem, Linearachsen, Spindelantrieb, Parameteridentifikation, Reibung, bewegte Masse, Lastkraftschätzung, Beobachter, Experimentelle Validierung
- Quote paper
- Dipl.Ing. Demin Nalic (Author), 2017, Modellbasierte Positions-, Geschwindigkeits- und Kraftregelung eines 2D Portalsystems, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/378366
