Thema

Titel: regelungstechnische Kompensation der Reibungseffekte bei Zahnstange-Ritzel-Antrieben
Typ:
  • Studienarbeit
  • Masterarbeit
  • Diplomarbeit
Betreuer:
Status: abgeschlossen

Hintergrund

Vorschubachsen mit Zahnstange-Ritzel-Antrieb (ZRA )werden häufig mit indirekter Lageregelung betrieben. In diesem Fall wird die Tischposition auf Basis des Drehwinkels des Motors bestimmt und der Lageregelung zurückgeführt. Da bei dieser Art der Lageeinstellung auf ein direktes Messsystem verzichtet werden kann, ergeben sich insbesondere bei langen Vorschubwegen große Kostenvorteile. In der Industrie ist diese Art der Vorschuberzeugung häufig bei Maschinen mit großen Verfahrwegen anzutreffen, bei denen die Prozesskräfte in der Vorschubrichtung eine untergeordnete Rolle spielen. Für den abgebildeten Versuchsstand mit  Zahnstange-Ritzel-Antrieben liegt am ISW bereits ein Simulations-Modell in Matlab/Simulink vor. Spezielle Untersuchungen in unterschiedlichen ISW-Forschungsprojekten vewenden dieses Simulations-Modell, um die Eigenschaften von elektrisch verspannten Zahnstange-Ritzel-Antriebssystemen und Kompensationsmethoden zu ermitteln. Hierfür ist die realitätsgetreue Abbildung der mechanischen Reibung, der Steifigkeit, des Energieverbrauchs, der Bandbreite und vielen anderen Effekten bereits umgesetzt und validiert.

Problemstellung

ZRA weisen jedoch Umkehrspiel und nichtlineare Reibungseffekte im Getriebesystem sowie zwischen Zahnstange und Ritzelauf, welche Positioniergenauigkeit und Systemstabilität negativ beeinflussen. Unter Verwendung von kostengünstigen MEMS-Beschleunigungssensoren sollen Kompensationsverfahren entwickelt/implementiert und bewertet werden.Das vorhandene Simulationsmodell bildet in sehr guter Näherung das Verhalten des Prüfstands ab. Im Rahmen vorangegangener Arbeiten konnten jedoch Defizite identifiziert werden. Diese sind beispielsweise die Vereinfachungen zur Abbildung des Systems. Ebenso mussten einige der Paramter abgeschätzt werden.

Aufgabe

Während die Kompensation des Umkehrspiels im Rahmen anderer Arbeiten untersucht wird, soll die vorliegende Aufgabe sich mit der Redkution bzw. Kompensation der Reibungseffekte (Störkräfte) befassen. Hierfür kann es notwendig sein, die Abbildung der Reibung im Simulationsmodell zu überarbeiten und zu detaillieren. Anschließend sollen simulativ und experimentell Ansätze für einen Störkraftkompensator entwickelt werden. Die geeigneten Ansätze sind daraufhin umzusetzen und zu bewertet. Nach der Umsetzung ist das Verfahren am Versuchsstand zu verifizieren und die Ergebnisse zu evaulieren. Um den industriellen Einsatz der Störkraftkompensation zu ermöglichen, ist abschließend eine Vorgehensweise zur Parametrierung des Kompensators zu ermitteln und dessen Anwendung auf industriellen Antriebsplattformen zu untersuchen. 

Konkret sollen folgende Punkte bearbeitet werden:

  • Einarbeitung in die Thematik der Mechanik von Zahnstange-Ritzel-Antriebssystemen
  • Einarbeitung in das bereits existierende MATLAB/Simulink Modell
  • Identifikation von Defiziten und Recherche von Optimierungsansätzen
  • Entwicklung eines Störkraftkompensators auf Basis der Beschleunigungsmessung
  • Umsetzung und Verifikation des Kompensators
  • Vergleich zwischen simuliertem und realem Verhalten
  • Aus-  und Bewertung der Ergebnisse
  • Entwicklung eines Vorgehens zur Parametereinstellung
  • Untersuchung der Umsetzung auf industriellen Antriebsplattformen

Anforderung

  • Kenntnisse in MATLAB/Simulink
  • Kenntnisse in Steuerungs- und Regelungstechnik

Kenntnisgewinn

  • Einblick und Mitarbeit in interessanten Forschungsprojekten
  • Verknüpfung von Theorie und Praxis