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Steuerung und Regelung eines elastischen Arms

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Steuerung und Regelung eines elastischen Arms
Steuerung und Regelung eines elastischen Arms
Aufbau des Systems
Automatische Parameteridentifikation / Modellverifikation
Bestandteile
I System aus zwei Starrkörpern, Turm und Arm, auf einem Unterbau
drehbar gelagert
I Arm mit zwei Federn an Turm gekoppelt
I Elektromotor erzeugt Drehmoment, das über Getriebe an den Turm
weitergegeben wird
Verhalten bei Spannungssprung
I Messung und Simulation mit automatisch bestimmten Parametern
I
Besonderheiten
I Variable Federspannung
I Variable Massenbelegung des Arms
I Integrierte, funkgesteuerte Elektronik
Abbildung : Spannungssprung bei Messung und Simulation
Regelung
Mess- und Stellgrößen
I Winkel φ1 und φ2 , Auslenkung von Arm und Turm, über
Inkrementalencoder gemessen
I Versorgungsspannung U des Motors ist einstellbar
Annahmen
I Vernachlässigung der Stromdynamik
I Vernachlässigung der Reibung und der Dämpung d
Basis
I Eine Basis des Systems lautet:
Beispiele für reale Aufbauten
I Panzer, Baukran
y = φ1 + φ2
Aufgabenstellung
Modellbildung und Simulation des Systems
I Einbau und Ansteuerung der Elektronik
I Parameteridentifikation, manuell und autonom
I Bestimmung und Regelung einer Basis
I
Modellbildung
Regler
I Regelung der Basis über die Versorgungsspannung U
(4)
U = Q(yr − k3e(3) − k2ë − k1ė − k0e)
+Q(T c2(1 − T )φ1 + Kc(T − 1)φ˙2)
mit den Größen
e = y − yr
ÿ = c(1 − T )φ1
Annahmen
I φ̇2 = 0 → Haftreibung
I φ̇2 6= 0 → Gleitreibung
Systemgleichungen
Reglerverhalten
Θ1(φ̈1 + φ̈2) = −dφ̇1 − cT φ1
Θ1φ̈1 + (Θ1 + Θ2)φ̈2 = KuI − MR(φ̇2)
U = Ui + RI + LI˙
10
90
0
80
70
-10
60
L
Basis in grad
I
R
Basis in grad
-20
-30
50
40
-40
30
-50
20
U
Ui
M
φ̇2
-60
10
Messung y
Referenz y r
-70
Messung y
Referenz y r
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0
t in s
Abbildung : Ankerkreis
Abbildung : schematischer Aufbau
des Systems
Abbildung : Einschwingverhalten der Basis
1
2
3
4
5
t in s
Abbildung : Trajektorienfolge der Basis
Mechatronisches Projekt 2015 am Lehrstuhl für Systemtheorie und Regelungstechnik
Bearbeiter: Alexander Gawlitza, Moritz Hermann, Michael Pietzko
Betreuer: Dipl.-Ing. Matthias Konz, Abdurrahman Irscheid
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