Regelung und Auslegung servopneumatischer Aktuatorsysteme

Die steigende Flexibilität industrieller Fertigungseinrichtungen wird aufgrund des hohen Wettbewerbdrucks, der kurzen Produktlebenszyklen und der Variantenvielfalt durch individuelle Kundenbedürfnisse verstärkt benötigt. Dies bedingt die steigende Nachfrage an lagegeregelten und frei programmierbaren Servoantrieben. Servopneumatische Antriebe stellen aufgrund eines günstigen Leistungsgewichts, der hohen Bewegungsdynamik und der geringeren Anschaffungskosten eine interessante Alternative zu elektrischen Antrieben dar. Das mathematische Modell pneumatischer Antriebe ist durch ausgeprägte Nichtlinearitäten gekennzeichnet. Um der Forderung eines leistungsfähigen Bahnreglers gerecht zu werden, wird gezeigt, dass sich das Reglerentwurfsverfahren eignet, das mittels Verwendung der Methode der exakten Ein-/Ausgangslinearisierung erfolgt. Die erwähnten Nichtlinearitäten werden mithilfe einer Invertierung des dynamischen Systemverhaltens kompensiert. Zur Realisierung dieser Systeminvertierung ist die Kenntnis der Kammerdrücke erforderlich. Stand der Technik ist die Erfassung dieser Zustände mittels Drucksensoren. Dies bedeutet, dass der servopneumatische Antrieb sowohl mit einem Positionssensor, als auch mit Drucksensoren ausgerüstet werden muss, wodurch sich der Antrieb verteuert. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass sich durch den Ausfall von Drucksensoren die Maschinenlaufzeit und damit die Produktivität der Anlage reduziert. Um auf Drucksensoren verzichten zu können, werden in der vorliegenden Arbeit Schätzverfahren vorgestellt, die es erlauben, den Druckverlauf ausreichend genau zu rekonstruieren. Zur Optimierung des Stör- und Führungsverhaltens des Folgereglers, muss eine geeignete Wahl der Reglerparameter erfolgen. Aufgrund inhärenter Streckenzeitverzögerungen und der im Regler enthaltenen Filter kann der Regler nur bis zu einer bestimmten maximalen Reglereckfrequenz parametriert werden. Gemäß dem heutigen Stand der Technik existieren keine Auslegungsverfahren für die Reglerparametrierung servopneumatischer Antriebe. Dies hat zur Folge, dass die Einstellung des Reglers in der Praxis oft heuristisch erfolgt. Solch ein Verfahren kann allerdings eine lange Einrichtzeit des Antriebs hervorrufen und ist außerdem nur von Experten durchführbar. Im Rahmen der Arbeit wird ein Auslegungsverfahren präsentiert, das die Reglerparameter geeignet berechnet. Dadurch wird eine einfache und schnelle Inbetriebnahme der Achsregler ermöglicht.