Identifikation nichtlinearer mechatronischer Systeme mit ...

5.6 Regelung der Drosselklappe 143
Drosselklappenwinkel ϕDK[rad]
PSfrag replacements
mit
1.01
1.008
1.006
1.004
1.002
1
0.998
0.996
0.994
0.992
0.99
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Zeit [s]
ϕ∗ ϕDK
DK
Abb. 5.22: Sprungantwort der Drosselklappe mit PID-Regler
Deutlich sichtbar ist, dass der Istwert des Drosselklappenwinkels ϕDK ein stark
schwingendes Verhalten aufweist. Die Schwingung ist nach 1000ms noch nicht ausgeregelt,
d. h. die Regelgüte ist sehr schlecht. Das Problem bei dieser Anordnung
ist, dass hier die Drosselklappe, welche als System vierter Ordnung angenommen
ist, mit einer einschleifigen Regelkreisstruktur geregelt wird. Zur genauen Regelung
eines solchen Systems benötigt man jedoch eine mehrschleifige Regelkreisstruktur
oder einen Zustandsregler [Schröder, 2000].
Mit Hilfe eines Gain-Scheduling-Verfahrens kann das Überschwingen unterdrückt
werden, was jedoch nicht das deutliche Nachschwingen unterdrückt. In den folgenden
Abschnitten wird ein anderes Regelungskonzept vorgestellt, welches deutliche
Vorteile bezüglich Schwingverhalten sowie Ein- und Ausregelzeit mit sich bringt.
5.6.2 Nichtlinearer Zustandsregler
Um die im vorherigen Abschnitt dargestellten Nachteile zu vermeiden, wird in diesem
Abschnitt eine Zustandsregelung entworfen.
Grundlage für die Zustandsregelung ist ein nichtlinearer Zustandsbeobachter. Dieser
Beobachter entspricht dem rekurrenten Netz, welches zur Identifikation der Drosselklappe
verwendet wird. Allerdings sind die Parameter nicht veränderlich, sondern
fest vorgegeben. Als Zustandsregler kommt ein linearer Zustandsregler mit zusätzlichem
Führungsintegrator (I-Zustandsregler) zum Einsatz. Wie in [Hofmann,
2001a] gezeigt, kommt es bei der Verwendung eines solchen Zustandsreglers ebenso
wie bei der Verwendung des PID-Reglers zu einem starken Überschwingen der Lage.
Dies widerspricht dem Wunsch, die Lage der Drosselklappe möglichst schnell und