Dieser Beitrag präsentierte ein Shakersystem und Methoden zur geräuschlosen Schwingungsanregung von nur unzureichend bekannten Teststrukturen. Das vorgestellte Konzept bedient den Trend zu effizienten Entwicklungszyklen, die Laborsysteme zur realistischen Vibrationserzeugung erfordern. Ausgehend von der detaillierten Modellierung des kompakten elektromagnetischen Shakersystems und des praxisrelevanten Testsystems PKW-Sitz wurde ein Gesamtmodell erstellt, welches die wesentlichen Eigenschaften der zu regelnden Strecke beinhaltet. Dabei wurden insbesondere magnetische und elektrische Phänomene wie die Induktivitätsabhängigkeiten untersucht. Die einzelnen Modelle für die Subsysteme Elektrik, Magnetik und Mechanik bilden schließlich ein lineares, zeitinvariantes Zustandsraummodell, welches für die Regelung des instabilen Systems verwendet wurde. Für das Ziel einer trajektoriengetreuen geräuschlosen Schwingungsanregung sind sowohl Nachfahrgüte als auch Ruhegüte entscheidend, die beide klassifiziert wurden. Zur Gewährleistung einer hohen Regelgüte wurde folgendes Reglerkonzept ausführlich beschrieben: - Systemstabilisierung mit vorgebbarer Dynamik per Zustands- und PI-Lagerückführung; - Ruhegüte und Geräuscheliminierung durch LUENBERGER-Beobachter; - Nachfahrgüte durch Lastidentifikation und Feed-Forward Linearisierung. Es wurden Beobachtbarkeit und Steuerbarkeit des Systems untersucht und mit Hilfe eines abstrahierten Modells der Last robust stabile Regelkreise mit hoher Ruhegüte per beobachtergestützter Zustandsrückführung entworfen, die per Optimierungsverfahren eine gewisse Regelgüte erreichen können. Das geregelte System arbeitet absolut ruhig und keine Geräusche oder ungewollte Schwingungen stören die Schwingungsanregung am Testsitz. Die gewünschte hohe Nachfahrgüte lieferte die Feed-Forward Linearisierung mit online Lastidentifikation (Frequency Sampling Methode), welche die Zeitsignalreplikation vielfältiger Beschleunigungsvorgaben an a priori unbekannten Teststrukturen ermöglicht. Die Leistungsfähigkeit des Systems ist schließlich nur noch durch die zur Verfügung gestellte elektrische Energie begrenzt. Die vorgestellte Methodik ist auf vielfaltige Strukturen anwendbar, solange das Gewicht der Last und dessen Kopplungen zum Inertialsystem ungefahr bekannt sind. Das Ziel zukünftiger Arbeiten ist die Erweiterung der Zustandsmethodik durch norm-robuste Regelstrategien, insbesondere H(unendlich)-Regelung sowie flachheitsbasierte Ansatze. Erste Tests an Mehrmassenschwingern im Labor haben die generelle Brauchbarkeit normoptimaler Methoden zur Berucksichtigung der Lastparameterschwankungen am elektromagnetischen Aktor gezeigt. Jedoch sollen diese Konzepte auch fur unbekannte Laststrukturen, d.h. praxisnahe Systeme anwendbar sein. Die Fragestellungen der Strukturunsicherheiten als auch der strukturierten Parameterunsicherheiten sind Gegenstand der aktuellen Forschung. Zusammenfassend kann man feststellen, dass mit modernen Regelungs- und Signalanalysemethoden das leistungsfahige elektromagnetische Shakersystem zu einem Hochstmas an Realitatseindruck gebracht wurde und somit fruhzeitige Untersuchungen im Entwicklungsprozess zugunsten der Produktqualitat und einer effizienten Entwicklung moglich sind.
A high performance but unstable electromagnetic shaker is presented enabling high trajectory tracking for realistic vibration tests. Based on a detailed system model and a primary load model of an industrial application example (car seat) an observer-based PI state controller achieves robust stability and noiseless operation. Feed-forward control (frequency sampling) ensures high command quality without extensive modelling effort. Simulation and experiments prove the exact vibration excitation independently of test objects.
Robuste Trajektorienfolgeregelung elektromagnetischer Shaker
Innovative Produktentwicklung - Maschinenbau, Elektrotechnik, Informationstechnik, Mechatronik, 2007 ; 321-334
VDI-Berichte ; 1971
2007
14 Seiten, 13 Bilder, 8 Quellen
Conference paper
German
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