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7.3 Auslegung und Integration einer Kraftregelung
Um die Aussagekraft der Simulationsergebnisse zu bewerten, wurde ein Vergleich
mit den Ergebnissen einer umfassenden Versuchsreihe durchgeführt. Dabei
erfolgte eine experimentelle Optimierung des Verstärkungsfaktors des Kraftregelkreises
Kk für denselben Schweißparameterbereich und die Aluminiumlegierungen,
die bereits in Abschnitt 5.3 für die experimentelle Betrachtung des Übertragungsverhaltens
während des Schweißprozesses verwendet wurden (GEB-
HARD & ZAEH 2008).
Die Auswertung der Ergebnisse offenbart drei Tatsachen:
Die Annahme derselben Steifigkeit der Prozesszone für alle Schweißparameter
und beide Materialien ist zulässig, da für alle Fälle derselbe optimale
Verstärkungsfaktors des Kraftregelkreises ermittelt wurde.
Der gemessene optimale Verstärkungsfaktors des Kraftregelkreises liegt
mit 0,0002 mm/A 20 % unter dem des simulierten Wertes. Abbildung
7-11 liefert erste Anhaltspunkte für diese Abweichung. So verzeichnet der
Lage-Istwert des Schlittens bei gleichen Strom- und damit Kraftwerten einen
geringeren Anstieg, was darauf hindeutet, dass das Simulationsmodell
eine zu geringe statische Steifigkeit aufweist. Unweigerlich folgt darauf,
dass erst höhere Verstärkungsfaktoren das System zum Überschwingen
bringen. Hier könnte die Tatsache zum Tragen kommen, dass während des
Aufbaus der Simulationsmodelle vor allem Frequenzbereichsmessungen
als Vergleichsdaten herangezogen und die Modelle entsprechend angepasst
und optimiert wurden (siehe Abschnitt 6.4).
Wie in Abbildung 7-11 ebenfalls zu sehen ist, zeigen die gemessenen Verläufe
nicht nur einen niedrigeren optimalen Verstärkungsfaktor, sondern
auch ein anderes globales Einschwingverhalten, was sich in deutlichem
Überschwingen äußert, das teilweise erst nach zwei Perioden auf ausreichend
geringe Werte abklingt. Für dieses Verhalten gibt es eine Reihe
möglicher Erklärungen. Zum einen wurde bei allen im Rahmen dieser Arbeit
erstellten Simulationsmodellen die Reibung vernachlässigt. Gerade im
Bereich sehr niedriger Geschwindigkeiten und nur marginaler Positionsveränderungen
von wenigen tausendstel Millimetern ist der Einfluss der
Reibung nicht zu unterschätzen. So liegen die Reibungskoeffizienten der
verwendeten Wälzführungen zwar deutlich unter denen von Gleitführungen,
die Anfahrreibung, die hauptsächlich durch die Abstreifer verursacht
wird, spielt aber gerade in diesem Betriebsbereich eine größere Rolle
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