Zur Identifikation mechatronischer Stellglieder mit Reibung bei ...

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3 SEMI-PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG tenzial für weitergehende Untersuchungen. Verschiedene Aufgaben wie z.B. die Nutzerun- terstützung bei der Modellbewertung durch Einsatz mehrerer Gütekriterien und automati- sierte Zusammenfassung zu einer Bewertungs-„Ampel“ wären denkbar. Außerdem wäre es sinnvoll, Testsignalentwurf, Modellierung und Identifikation für unterschiedliche Stellglieder im Dieselmotor vollständig zu automatisieren. 51
4 MODELLIERUNG MIT DEM SLIDING-MODE-BEOBACHTER 4 Modellierung mit dem Sliding-Mode-Beobachter In Abschnitt 3 wurden zwei neue semi-physikalische Identifikationsverfahren vorgestellt. Die beiden Verfahren können alle Parameter der semi-physikalischen Modelle für Sys- teme mit Reibung nur mittels der aus den im offenen Regelkreis aufgezeichneten Ein- /Ausgangsmessdaten schätzen. Alternativ wird in diesem Abschnitt ein neuer Ansatz zur Reibkraftrekonstruktion und Reibmodellierung mittels Sliding-Mode-Beobachter vorgestellt. Die Grundidee des neuen Ansatzes besteht darin, dass die nicht direkt messbare Reibung als unbekannter Eingang des Systems beschrieben wird. Durch Verwendung des Sliding- Mode-Beobachters, der basierend auf einem einfachen linearen Zustandsraummodell ent- worfen wird, lässt sich die Reibung datengetrieben aus den Ein-/Ausgangsmessdaten (im offenen Regelkreis) rekonstruieren. Anschließend wird die rekonstruierte Reibung über der Winkelgeschwindigkeit aufgetragen und ein statisches Reibmodell für die Modellstruk- turermittlung genutzt. Dessen Parametrierung erfolgt dann mittels der Darstellung für die rekonstruierte Reibung in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit. Im Vergleich zu anderen Identifikationsmethoden der Reibmodelle, die häufig umfangreiche Vorkenntnisse und aufwändige Messungen im geschlossenen Regelkreis erfordern und sich auf die Schät- zung der Reibparameter beschränken, haben diese neuen Verfahren den Vorteil, dass die Modellierung von Systemen mit Reibung selbst bei begrenzten Vorkenntnissen und mini- malem Experimentaufwand weitgehend automatisiert werden kann. Zunächst wird in Ab- schnitt 4.1 und 4.2 eine kurze Einführung in die Grundidee des Sliding-Mode-Beobachters präsentiert, welche schon in [Ger11] beschrieben wurde. Mit dem vorgestellten Sliding- Mode-Beobachter werden anschließend in Abschnitt 4.3 und Abschnitt 4.4 ein neuer Ansatz zur Reibkraftmodellierung und dessen Anwendungsbeispiele beschrieben. Eine Diskussion wird denn in Abschnitt 4.5 gegeben. 4.1 Einleitung Wie in Abschnitt 2.1.2 erwähnt, spielt die Reibung bei der Modellierung mechatronischer Systeme mit Reibung wegen ihrer Komplexität immer eine kritische Rolle. Zudem ist die Mo- dellierung der Reibung schwierig und aufwändig. So sind z.B. oft aufwändige Experimente notwendig. Dies motiviert, zuverlässige, einfach zu bedienende und effiziente Algorithmen zu entwickeln. In [PKP09] stellen Patton, Klinkhieo und Putra einen neuen Ansatz vor, bei dem die Reibung als ein über die Systemeingänge oder direkt auf die Systemzustände ein- wirkender unbekannter Eingang betrachtet wurde. Mittels einem Sliding-Mode-Beobachter wurde dieser unbekannte Eingang für eine Regelungsstrategie erfolgreich ermittelt [PKP09]. Normalerweise kann auch ein Unknown-Input-Beobachter als alternativer Ansatz zur Schät- zung des unbekannten Eingangs verwendet werden [CP99]. Im Vergleich zum Unknown- Input-Beobachter bietet der Sliding-Mode-Beobachter eine bessere Methodik zur optimalen Auswahl der Entwurfsparameter des Beobachters an [Edw04]. Ursprünglich schlagen Edwards et al. in [ES98] eine auf Sliding-Mode-Beobachtern (SMO) basierende Fehlerschätzung für unsichere Systeme vor. Die Kernidee des Ansatzes besteht 52
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Vorwort VORWORT Die vorliegende Arb
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Abstract ABSTRACT This work investi
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Symbol Bedeutung ABKÜRZUNGEN PRMS
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Symbol Bedeutung im In j Index Moto
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Symbol Bedeutung δ1, δ2, δ3, δ4
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Inhaltsverzeichnis INHALT Abkürzun
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INHALT 6 Vergleich der entwickelten
Seite 21 und 22: 1 EINLEITUNG Modellbildung, Identif
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Seite 27 und 28: 2 MODELLBILDUNG MECHATRONISCHER SYS
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Seite 45 und 46: 3.2.1.3 Antriebsmoment 3 SEMI-PHYSI
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Seite 51 und 52: Öffnen 3 SEMI-PHYSIKALISCHE MODELL
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Seite 55 und 56: 3.3.1.7 Schätzung von a1 b0 Ansatz
Seite 57 und 58: Tastverhältnis in % Winkelposition
Seite 59 und 60: 3 SEMI-PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG 3
Seite 61 und 62: in dieser Stufe werden nur die Wert
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Seite 65 und 66: 3.6 Echtzeitsimulation 3.6.1 Konzep
Seite 67 und 68: 3 SEMI-PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG a
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Seite 77 und 78: in die neue Zustandsraumdarstellung
Seite 87 und 88: 5 EMPIRISCHE MODELLIERUNG MIT EINEM
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ANHANG zeitig durch zwei seriell ge
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ANHANG 3. Bestimme die Untermenge d
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In dem von Gauss entwickelten Least
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ändert oder die maximale Anzahl de
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Veröffentlichte Beiträge Veröffe
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LITERATUR [Dun74] Dunn, J. „Well
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LITERATUR [MSY05] Ma, Q., Shao, L.
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LITERATUR [WS10] Witters, M. und Sw
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Die vorliegende Arbeit stellt für
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