Identifikation nichtlinearer mechatronischer Systeme mit ...

4 1 Einleitung
1.2 Motivation und Zielsetzung
Ein entscheidendes Funktions- und Qualitätsmerkmal für eine Vielzahl von mechatronischen
Anwendungen wie Werkzeugmaschinen, kontinuierlichen Fertigungsanlagen,
Zielverfolgungsanlagen oder elektrischer Aktoren in der Automobilindustrie ist
die Güte der Lage- oder Drehzahlregelung. Aufgrund der mechanischen Konstruktion
handelt es sich bei diesen Anwendungen um nichtlineare Systeme mit einer
elastischen Verbindung zwischen Antriebs- und Arbeitsmaschine. In Abbildung 1.2
ist diese Konfiguration schematisch dargestellt.
Antriebsmaschine
Reibung
Getriebe
Reibung
Arbeitsmaschine
elastische Verbindung
mit Lose
Abb. 1.2: Elastische Verbindung der Antriebs- und Arbeitsmaschine mit Lose
Als Nichtlinearitäten treten insbesondere die Lagerreibung und die in Getrieben oder
Kupplungen vorhandene Lose in den Vordergrund. Diese Nichtlinearitäten wirken
sich negativ auf die Güte der Regelung und damit auf die Qualität der Anwendung,
z. B. der Positionierung eines Roboterarmes oder der Drehzahlregelung einer Papierspindel,
aus. In diesem Zusammenhang ist besonders die Lose hervorzuheben,
da sie einen strukturumschaltenden Effekt besitzt. Ist die Lose nicht im Eingriff, sind
Antriebs- und Arbeitsmaschine entkoppelt. Dies wirkt sich negativ auf die Regelung
aus.
Um den negativen Einfluss der Nichtlinearitäten zu verringern, können Lager mit
geringerer Reibung oder spielfreie Getriebe eingesetzt werden. Diese konstruktiven
Maßnahmen haben den Nachteil, sehr aufwendig und damit kostenintensiv zu sein.
Daher ist die Forschung im Bereich der Steuerungs- und Regelungstechnik ständig
bestrebt, den Einfluss der Nichtlinearitäten durch regelungstechnische Maßnahmen
zu verringern. Dazu ist eine quantitative Kenntnis der Nichtlinearitäten des Systems
erforderlich.
Neben den Nichtlinearitäten ist für die Güte einer Regelung auch die Quantifizierung