TU Braunschweig

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Becker, U.:
Steuerungs- und Regelungsverfahren für fluidtechnische Anwendungen mit Schaltventilen.
Dissertation, Technische Universität Braunschweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik, VDI-Verlag Düsseldorf, 2004.

Kurzfassung:

Für die Regelung fluidtechnischer Antriebe mit Ventilen werden heute fast ausschließlich hochwertige und kostenintensive Servo- und Propartionalventile eingesetzt. Durch die steigenden Kostenanforderungen an heutige Produkte können diskrete Ventile für quasistetige Steuerungen der Fluidströme und -drücke eine Alternative sein. Für die Ansteuerung der Schaltventile eignen sich impulsförmige Signal. Dabei werden fast ausschließlich Verfahren mit einer Modulation der Impulsbreite (PWM) sowie einigen Variationen verwendet. Die Voraussestzung für diese Verfahren ist ein vollständiges Öffnen bzw. Schließen des Ventils. Lockern dieser Voraussetzung erlaubt auch Zwischenstellungen des Hubes (stationärer Zustände). Damit lassen sich neue Möglichkeiten der Positionierung oder Druckregelung erreichen, da dass kleinste steuerbare Volumeninkrement nicht mehr von den konstruktuven Gegebenheiten für einen vollständigen Hub abhängig.

Untersucht wurde dieses modifizierte Ansteuerprinzip an einer elktrohydraulischen Strecke bestehend aus einer ausführlichen Beschreibung der Modellbildung unter Berücksichtigung und Beurteilung von Nichtlinearitäten sind zur Regelung des Antriebes drei Regelungsverfahren untersucht worden.

Ein Verfahren, dass sich sehr gut zur Regelung von Zylindern mit SChaltventilen eignet, ist das nichtlineare Verfahren der Regelung mit Gleitzuständen. Sliding Mode Control zeichnet sich durch eine hohe Robustheit gegenüber Parameterschwankungen aus wie sie gerade hydraulischen Antrieben eigen sind. Fuzzy Control bietet sich als eine weitere Möglichkeit an, wobei hier Erfahrungswissen zu nutzen ist und zudem einige Gemeinsamkeiten zum Sliding Mode Control hinsichtlich des Entwurfes und REgelverhaltes vorhanden sind. Ein weiteres robustes Verfahren, dass ausführlich dargestellt und untersucht worden ist, ist die H2/H-Regelungsmethode. Gerade die durch das Ansteuerverfahren hervorgerufenen Parameterschwankungen und die Nichtlinearitäten ergeben Abweichungen der realen Strecke vom nominellen Streckenmodell, wobei mit diesem Verfahren Regler zu entwerfen sind, deren Regelgüte sich unter Einhaltung robuster Stabilitätsanforderungen optimieren lässt. Alle drei Verfahren sind nicht nur simulativ untersucht, sondern auch am praktischen Beispiel erprobt worden.


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