Entkoppelte Aktorstrukturen
Aufgabe / Zielsetzung
Ziel des Transferprojektes ist die Entwicklung robuster Steuerungssysteme mit getrennten Steuerkanten für den effizienten Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen. Insbesondere die hohe Komplexität bei Steuerung und Regelung dieser Antriebe behindert bislang eine breite Industrieakzeptanz. Aktuelle Entwicklungstrends, wie beispielsweise Automatisierung und Assistenz erzeugen jedoch gänzlich neue, höhere Anforderungen an die Genauigkeit, Regelbarkeit und Betriebscharakteristik hydraulischer Antriebe. Daher liegt der Fokus der Untersuchungen auf der optimalen Auslegung leistungsfähiger Komponenten und deren recheneffizienter Charakterisierung, der zu verwendender Sensoren und entsprechend hoch entwickelten, aber dennoch industriell nutzbaren, Ansteuerstrategien.
Lösungsweg
Der Aufbau eines detaillierten multi-domänen Simulationsmodells erlaubt eine detaillierte Systemanalyse und den modellbasierten Steuerungsentwurf mittels Software in the Loop (SiL).
Mit einer schrittweisen Steigerung der Modellkomplexität wurden zunächst Steuerungsansätze auf Einzelaktorebene entwickelt und miteinander verglichen. Mit Blick auf den Wissenstransfer in die industrielle Anwendung wurde bei der Komplexität insbesondere auf die zur Verfügung stehende Hardware für Berechnung und Messdatenerfassung geachtet.
Die Steuerungskonzepte umfassen neben verschiedenen nichtlinearen Regelungsstrukturen Vorsteuerpfade. Diese setzen sich beispielsweise aus inversen Charakteristiken der hydraulischen Komponenten dar. Daher wurden im Projekt ebenfalls recheneffiziente Identifikations- und Approximationsmethoden für die mehrdimensionale Abbildung dieser Komponenten, z. B. für den Druck- und temperaturabhängigen Ventildurchfluss, untersucht.
Da Projektinhalt sowohl die Umsetzung bedienergeführter, als auch (teil-)automatisierter Funktionen war, wurden neben den Einzelaktorregelungen auch gesamtheitliche steuerungskonzepte, die teilweise aus der elektro-mechanischen Robotik bekannt sind, auf die hydraulische Aktuierung überführt um Trajektorien im Arbeitsraum Positions- und Kraftgeregelt abzufahren.
Für die Umsetzung der theoretischen Vorbetrachtungen an der Demonstratormaschine unterstützten die assozierten Projektpartner tatkräftig durch die Bereitstellung der Maschine, der Steuerungstechnik und besonders bei der Fertigung der dezentral, direkt an den Zylindern angeordneten Ventiltechnik.
Die präsentierten Forschungsarbeiten erfolgten innerhalb des DFG Transferprojektes Entwicklung und Erprobung last- und bewegungsentkoppelter Aktorstrukturen mittels nichtlinearer, modell-basierter Steueralgorithmen“ (Förderkennzeichen WE4828/8-1). Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung.