Identifikation nichtlinearer mechatronischer Systeme mit ...

4 Identifikation eines nichtlinearen
Zwei-Massen-Systems
Ein häufig vorkommender Anwendungsfall in der Antriebstechnik ist die Drehzahloder
Lageregelung einer Last. Antrieb und Last sind über eine mit Lose behaftete
Torsionswelle verbunden. Hierfür stehen in den weitaus häufigsten Anwendungsfällen
nur das Drehzahl- bzw. das Lagesignal der Antriebsmaschine als einzige Regelgröße
zur Verfügung. In [Schröder, 1995] werden die regelungstechnischen Probleme
einer solchen Anordnung beschrieben. Handelt es sich hierbei um eine steife Anordnung,
so ist die Regelung unproblematisch und kann mit relativ einfachen Mitteln
realisiert werden. Liegt jedoch eine weiche Verbindung vor, so gelingt eine zufriedenstellende
Regelung nur mit Hilfe eines Zustandsreglers. Hierfür ist ein Zustandsbeobachter
notwendig, da nicht alle Systemzustände messbar sind. Die Güte einer
solchen Zustandsregelung hängt unter anderem von der Dimensionierung des Beobachters
ab. Die Dimensionierung des Beobachters erfolgt anhand der Parameter der
zu regelnden Strecke. Sind diese nur ungenau bekannt, so verschlechtert sich die Zustandsschätzung.
Dies kann mit Hilfe einer schnelleren Beobachterauslegung wieder
ausgeglichen werden. In diesem Fall reagiert der Beobachter, und damit letztendlich
der Zustandsregler, vermehrt auf das vorhandene Messrauschen. Eine erste Verbesserung
der Zustandsschätzung ist erzielbar, wenn vorhandene nichtlineare Einflüsse,
z. B. Reibung, mit Hilfe des in Kapitel 2.6 beschriebenen lernfähigen Beobachter
berücksichtigt werden.
Um eine exakte Zustandsschätzung und eine optimale Beobachter- und Reglerdimensionierung
zu ermöglichen, werden in diesem Kapitel die linearen Parameter und
nichtlinearen Charakteristiken der besprochenen Antriebsanordnung identifiziert.
Hierfür wird die Antriebsanordnung als ein mit Reibung und Lose behaftetes Zwei-
Massen-System modelliert. Dieses nichtlineare Modell wird im Verlauf dieses Kapitels
zuerst in einer Simulationsumgebung identifiziert. Anschließend werden die
erzielten Ergebnisse an einer Versuchsanlage validiert.
Im ersten Teil dieses Kapitels wird die Versuchsanlage vorgestellt. Anschließend
wird ein Approximator für die Lose sowie eine Konfiguration des GRNN für die
Identifikation der unstetigen Reibung vorgestellt. Danach wird ein strukturiertes
rekurrentes Netz zur Identifikation des Umrichters der Antriebsmaschine entworfen,
um das nicht messbare Luftspaltdrehmoment der Antriebsmaschine abschätzen zu
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