Zur Identifikation mechatronischer Stellglieder mit Reibung bei ...

1 EINLEITUNG
messdaten ermittelt und bei der Systemidentifikation wird die Struktur eines Modells aus
theoretischen Annahmen festgelegt. Ein solches resultierendes Prozessmodell wird in der
Literatur als Grey-box-Modell bezeichnet. Dazu gehören semi-physikalische Modelle, die in
der Praxis sehr oft verwendet werden. Zur semi-physikalischen Modellierung werden physi-
kalische Prinzipien für die Modellstrukturermittlung genutzt und die Parametrierung erfolgt
datengetrieben [JK03].
Bei der wissensbasierten Modellbildung werden Experten befragt und aus ihrem Wissen ein
Modell abgeleitet.
1.3 Ziel und Aufbau der Arbeit
Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, dass neue Methoden zur Modellbildung von
mechatronischen Systemen für die HiL-Simulation entwickelt werden sollen. Als Anwen-
dungsfall sollen Modelle zur Abbildung von Stellgliedern am Dieselfahrzeug erstellt und da-
mit ein Simulator für Stellglieder aufgebaut werden. Dieser soll für ein Motorsteuergerät bei
der HiL-Simulation nicht vom realen Stellglied unterschiedbar sein, um einen ordnungsge-
mäßen Test von Steuerfunktionen zu ermöglichen. Die Ergebnisse sollen in Tools einfließen,
die Applikateuren zur Verfügung gestellt werden und so automatisierte und effiziente Model-
lierungsmethoden ermöglichen.
Dabei sollen semi-physikalische Modelle (siehe Abschnitt 1.2) und Black-box-Modelle un-
tersucht werden, um die in Abschnitt 1.1 vorgestellte Problemstellung systematisch durch
Entwicklung geeigneter Methoden zu bearbeiten. Die Modelle sollen insbesondere für Echt-
zeitsimulationsaufgaben und modellbasierte Reglerauslegung eingesetzt werden. Im Ein-
zelnen gliedert sich diese vorliegende Arbeit wie folgt:
• In Abschnitt 2 wird die Modellbildung mechatronischer Systeme mit Reibung diskutiert.
Dabei stellt dieser Abschnitt die Problemanalyse vor, bei der die Anwendungsbeispiele
und deren wichtige Effekte behandelt werden. Anschließend wird eine Literaturüber-
sicht zur Modellierung der Stellglieder am Beispiel von Drosselklappen in kurzer Form
gegeben, um den Stand der Technik zu ermitteln. Daneben werden Verfahren zur Mo-
dellbewertung und -validierung durch qualitative und quantitative Bewertung beschrie-
ben.
• Abschnitt 3 stellt die semi-physikalischen Modellierungsansätze vor. In diesem Ab-
schnitt werden semi-physikalische Modelle für Stellglieder am Dieselfahrzeug erstellt
und deren Parameter, mithilfe zweier entwickelter Parameter-Identifikationsverfahren,
aus den im offenen Regelkreis aufgezeichneten Ein-/Ausgangsmessdaten bestimmt.
Die identifizierten Modelle weisen geringe Prädiktionsfehler auf und werden bereits in
der industriellen HiL-Simulation erfolgreich eingesetzt.
• Abschnitt 4 behandelt einen Modellierungsansatz mit dem Sliding-Mode-Beobachter.
Zunächst werden die Begriffe Sliding-Mode-Regelung und Sliding-Mode-Beobachter
geklärt. Dabei wird, aufbauend auf dem bestehenden Stand der Technik des Sliding-
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