Motivation

Bei einer räumlichen Deformation gibt es Beeinflussungen zwischen physikalischen Eigenschaften in verschiedenen Deformationsrichtungen, die sich durch Mehrgrößenregler entkoppeln lassen. Die mechanischen Eigenschaften können sich richtungsabhängig ändern (z.B. Wirkungsrichtung einer Kraft unter einer Verdrehung) und damit ein stark nichtlineares Verhalten hinsichtlich des Verformungszustandes hervorrufen. Der Deformationszustand soll mit integrierter Sensorik detektiert werden und durch robuste, echtzeitfähige Regelalgorithmen gezielt und reproduzierbar einstellbar sein.

Stand der Forschung und eigene Vorarbeiten

In der Literatur existieren zahlreiche Beschreibungen zur eindimensionalen Lageregelung mit Aktoren auf Basis von Formgedächtnislegierungen [1]. In der 1. Kohorte wurden für die eindimensionale Deformation von Faser-Elastomer-Verbunden verschiedene Modelle auf Basis der theoretischen sowie der experimentellen Prozessanalyse entwickelt. Neben Modellen für das nominelle Verhalten entstanden bisher auch Modelle für Unbestimmtheiten, die sich aus Fertigungstoleranzen, sich ändernden Betriebsbedingungen (Zug, Druck, Temperatur) und Alterung ergeben. Auf Basis dieser System­beschreibungen wurden robuste Regler entworfen und an verschiedenen Proben von Faser-Elastomer-Verbunden experimentell erprobt [2]. Der robuste Reglerentwurf erfolgt Offline, die zu implementierenden Regelalgorithmen sind echtzeitfähig [3]. Zusätzlicher Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Verallgemeinerung dieser Entwurfsmethoden für mehrdimensionale Lageregelungen.

© RST/TUD

Wissenschaftliche Fragestellung und Projektziele

Eine räumliche Deformation lässt sich durch mehrere, örtlich bzw. räumlich getrennte Stelleingriffe gezielt herbeiführen. Aus regelungstechnischer Sicht liegt damit ein Mehrgrößensystem vor, bei dem insbesondere auch Verkopplungen zwischen den verschiedenen Stellgrößen zu berücksichtigen sind. Eine Aufgabe des Mehrgrößenreglers ist dann auch die gezielte Entkopplung zwischen den Nebenregelstrecken [4]. Bei der Modellierung von Unbestimmheiten ergeben sich im Mehrgrößenfall auch deutlich mehr Freiheitsgrade. Für einen robusten Reglerentwurf sind daher geeignete und praktisch handhabbare Modellstrukturen für eine echtzeitfähige autarke Positionsregelung zu ermitteln. Bei der angestrebten großen und räumlichen Deformation treten auch aus geometrischer Sicht Nichtlinearitäten stärker in den Vordergrund. Hierzu sind neue Reglerstrukturen zu entwickeln und zu parametrieren. Hinsichtlich der Messwerterfassung soll der Fokus stärker auf in den Verbund integrierte Sensoren gelegt werden, so dass zusätzlich Filter und Schätzalgorithmen zu entwerfen und zu erproben sind.

Literatur

Kontakt

Institut für Regelungs- und Steuerungstheorie (RST), Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Dresden

© K. Röbenack

Professor

Name

Herr Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Math. Klaus Röbenack

Institutsdirektor

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