Modellbasierter Entwurf zur Absicherung des Konzepts und ... Idealisiertes LM-Modell eines Servoantriebs

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  • ENTwurfstechnik Intelligente MEchatronik

    ANSPRECHPARTNER GEFÖRDERT VON

    Idealisiertes Dynamikmodell

    Delta- Roboter

    0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

    0 0.7

    1

    1.3 MKS Modell Ballbeobachter

    0 1 2 3 4 5 Zeit [sec]

    0 1 2 3 4 5 Zeit [sec]

    x- Ba

    llp os

    iti on

    [m ]

    z- Ba

    llp os

    iti on

    [m ]

    Zeit [sec] Zeit [sec]

    Modellbasierter Entwurf zur Absicherung des Konzepts und zur Auswahl von LE

    Dipl.-Ing. Viktor Just Fachgruppe Regelungstechnik und Mechatronik Heinz Nixdorf Institut Universität Paderborn E-Mail: Viktor.Just@uni-paderborn.de

    Kinematik

    Antrieb 1

    Antrieb 2

    Antrieb 3

    Rahmen

    K

    Lösungs- muster

    Ideal. Modell

    LM-Ontologie

    Simulationsergebnisse

    Teilautomatisiert generiertes Simulationsmodell der Strecke (Ausschnitt)

    Idealisiertes Dynamikmodell des Gesamtsystems inkl. erster Regelung (Prinzipskizze)

    Beobachter Voraus-berechnung

    𝐹

    𝑥𝐵𝐵𝐵𝐵

    𝜑𝑆𝑆𝐵𝐵 , 𝑣𝑆𝑆𝐵𝐵

    𝐹𝑋

    𝐹𝑍

    Δ𝑧

    Vor- steuerung und Regler

    Sensierung und

    direkte Kinematik

    Beobachterentwurf und idealisierte Roboterkinematik

    Prognose Stoß-

    beobachter

    servodrive

    Phi

    Omega

    emf

    KM

    ground

    si gn

    al C

    angle sensor

    K (R T s+1)N T sN

    PI controller

    de r

    P controller

    inertia

    J

    feedback1

    -1 +

    -1

    limit firstOrder

    Ti

    omega

    flange

    phi

    s

    Add

    -1 +

    KV

    feedback

    -1 +

    Anti-Wind-Up

    -1

    Idealisiertes LM-Modell eines Servoantriebs

    Linienkontakt (2 Kontaktpkt.)

    Flächenkontakt (4 Kontaktpkt.)

    b) c) a)

    Punktkontakt (1 Kontaktpkt.)

    Kontaktmodelle

    LM-Modelle

    Idealisierte Kontaktmodelle für einfache Geometrien

    Eigenschaften:  Wiedergabe des physikalischen Prinzips  Grundsätzliche dynamische Effekte  Abbildung der Grenzen der Technologie  Wenige, leicht zu setzende Parameter  Überschlägige Berechnung für übrige

    Parameter  Interface-Modell vererbt Schnittstellen  Austausch von Modellen mit unter- schiedlichem Detaillierungsgrad möglich

    Idealisierter Regelungsentwurf

    Modellbibliothek

    Simulation

    Modellbasierte Absicherung des Konzepts  Idealisierter Steuerungs- und Regelungsentwurf  Teilautomatisierte Generierung des idealisierten

    Gesamtsystemmodells mithilfe von Wirkstruktur, Gestaltmodell und intelligenter Modelldatenbank

     Simulationsmodelle sind idealisiert und geben das grundlegende physikalische Prinzip wieder

     Modellbasierte Analyse der Systemdynamik zur Überprüfung der prinzipiellen Funktionsfähigkeit

    Systemauslegung LE-Suche

    Antriebsparameter

    Bewegungsprofile

    Dymola-Ontologie-Plug-In servodrive

    Phi

    Omega

    Ideal. Servomotor-Modell

    LE-Ontologie

    Lösungs -element

    Lösungs- element

    Lösungs- element

    detail. Modell

    Detailliertes Modell

    Vor- steuerung und Regler

    Stellglieder

    Prognose

    Erste Reglerauslegung & Machbarkeitsanalyse

    Auswahl von Lösungselementen (LE)  Systemauslegung am ideal. Modell  Semantische Suche nach LE  Automatisierter Austausch durch

    detaillierte LE-Modelle

    𝑠𝐵𝐵𝐵𝐵 ,𝑣𝐵𝐵𝐵𝐵 , 𝜑𝑠𝑠𝑠𝐵.,𝑣𝑆𝑠𝑠𝐵.

    ∆ℎ𝑆𝑆𝐵𝐵

    𝜑𝑆𝑠𝑠𝐵., 𝑡𝑆𝑠𝑠𝐵𝐵𝑔 , 𝑣𝑆𝑠𝑠𝐵.

    𝑣𝑆𝑠𝑠𝐵.

    𝑡∗𝐾𝑆𝐾𝐾𝐵𝐾𝐾 , 𝑠∗𝐵𝐵𝐵𝐵 ,𝑣 ∗ 𝐵𝐵𝐵𝐵

    𝜑𝑆𝑠𝑠𝐵., 𝑣𝑆𝑠𝑠𝐵.

    𝐹

    𝑠𝐾𝑆𝐾𝐾𝐵𝐾𝐾

    𝜑𝑆𝑠𝑠𝐵.

    �̂�𝐵𝐵𝐵𝐵 ,𝑣�𝐵𝐵𝐵𝐵

    𝜑𝑆𝑠𝑠𝐵., 𝑣𝑆𝑠𝑠𝐵., 𝑡𝑆𝑠𝑠𝐵𝐵𝑔

    𝑡∗𝐾𝑆𝐾𝐾𝐵𝐾𝐾 , 𝑠∗𝐵𝐵𝐵𝐵 ,𝑣 ∗ 𝐵𝐵𝐵𝐵

    Stellglieder und

    inverse Kinematik

    𝜑𝐷𝐷𝐵𝐾𝐵

    ∆ℎ𝑆𝑆𝐵𝐵

    𝜑𝑁𝐷𝑁𝑔,𝜑𝐷𝐷𝐵𝐾𝐵 𝜑𝑁𝐷𝑁𝑔 𝜑𝑁𝐷𝑁𝑔