Regelung periodischer Prozesse

In dieser Arbeit wurde ein Verfahren zur stationär genauen Regelung periodischer, hochdynamischer Prozesse entworfen und in zwei industriellen Anwendungen erfolgreich zum Einsatz gebracht. Das Verfahren erhielt den Namen ZykloRegler. Bevor der ZykloRegler zum Einsatz kam, wurde er zunächst systemtheoretisch analysiert. Es wurde nachgewiesen, dass er stationäre Genauigkeit bei periodischen Führungs- und Störgrößen leistet. Die dafür im offenen Regelkreis benötigten grenzstabilen Polstellen erfordern zur Stabilisierung des geschlossenen Regelkreises gezielte, frequenzselektive Phasenverschiebungen der Regelabweichung. Es wurde gezeigt, dass der ZykloRegler die grenzstabilen Polstellen des offenen Regelkreises in stabile Polstellen des geschlossenen Regelkreises zu überführen vermag. Dazu wurde eine Auslegungsvorschrift für die Reglerparameter ermittelt, die Einfluss auf die entsprechenden Polstellen haben. Nachdem das Verfahren hinsichtlich Stabilität und stationärer Genauigkeit theoretisch abgesichert war, erfolgte die Realisierung der ersten technischen Anwendung. So wurde der ZykloRegler zur elektrohydraulischen Regelung periodischer, hochdynamischer Kraftprofile an einem Gleitlagerprüfstand eingesetzt. Dazu wurde ein Steuergerät entwickelt, das die vom Regelalgorithmus gestellten Anforderungen an die digitale Signalverarbeitung erfüllt und auch die von der Sensorik und Aktorik des elektrohydraulischen Systems geforderte analoge Signalverarbeitung leistet. Der ZykloRegler wurde am Gleitlagerprüfstand in Betrieb genommen und ausführlich getestet. Dabei wurden die geforderten Eigenschaften hinsichtlich Stabilität und stationärer Genauigkeit, auch bei hochdynamischen Führungsgrößen, unter Beweis gestellt. Die geforderten Kraftprofile konnten exakt eingeregelt werden. Der ZykloRegler wurde in einer zweiten Anwendung zur Regelung der mittleren Kurbelwellendrehzahl eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung in einem Versuchsfahrzeug eingesetzt. Die Regelung wurde mit Hilfe eines Rapid-Prototyping-Systems im Versuchsfahrzeug implementiert und umfangreich getestet. Da der Zyklo- Regler stationäre Genauigkeit bei periodischen Führungs- und Störgrößen leistet, fasst er die Funktionen Leerlaufregelung und Laufruheregelung zusammen. Bei der Verwendung des ZykloRegler als Leerlaufregler wird kein zusätzliches Verfahren zur Laufruheregelung benötigt. Die hohe Regelgüte des ZykloRegler wurde in zwei verschiedenen technischen Anwendungen unter Beweis gestellt. Bei beiden Anwendungen wäre eine Modellbildung sehr aufwendig gewesen. Der ZykloRegler benötigt keine Modellbildung zur Parametrierung. Er konnte mit wenig Aufwand, überwiegend empirisch, an die jeweilige Regelstrecke angepasst werden. Für das Regelungsverfahren erfolgte eine Patenterteilung [6] durch das Deutsche Patent- und Markenamt.