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Soft Landing and Self-Sensing Strategies for Electromagnetic Actuators

Tobias Glück

ISBN 10: 384402428X / ISBN 13: 9783844024289
Editore: Shaker Verlag Dez 2013, 2013
Nuovi Condizione: Neu Taschenbuch
Da Rhein-Team Lörrach Ivano Narducci e.K. (Lörrach, Germania)

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Neuware - Typischerweise zeichnen sich mechatronische Produkte durch eine hohe funktionelle Komplexität und einen hohen Integrationsgrad von elektrischen, mechanischen und informationsverarbeitenden Komponenten aus. Oft werden sie für den autonomen Echtzeitbetrieb konzipiert und müssen hohe Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit erfüllen. Bei der Aktivierung finden insbesondere elektromagnetische Aktuatoren aufgrund ihrer hohen Rentabilität breiten Einsatz, da sie einfach anzusteuern sind, kostengünstig hergestellt werden können, sich durch eine kompakte Baugröße gepaart mit einer relativ hohen Bandbreite auszeichnen und es dabei ermöglichen relativ große Kräfte zu erzeugen. Der steigende Kostendruck auf mechatronische Produkte in der Fluidtechnik verlangt nach pneumatischen und hydraulischen Systemen, die mithilfe von günstigen und zuverlässigen elektromagnetischen Ventilen gesteuert werden können. Beispielhaft sei erwähnt, dass zunehmend bei der Servoregelung von Kolbenzylindern das kostenintensive Porportional-Wegeventil durch eine pneumatische/hydraulische Vollbrücke, bestehend aus kostengünstigen schnellschaltenden Ventilen, ersetzt wird. In anderen industriellen Anwendungen, wie beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, werden schnellschaltende Wegeventile für Sortieraufgaben eingesetzt, mit immer höheren Anforderungen hinsichtlich der Taktzeiten und der Lebensdauer. Elektromagnetische Ventile in diesen Anwendungen müssen also schnelle Ventilschaltzeiten aufweisen, um eine hohe Bandbreite bzw. einen maximalen Durchsatz zu erreichen. Gleichzeitig muss für den Ventilanker garantiert werden, dass dieser zur Verringerung der Geräuschentwicklung bzw. des Verschleißes von mechanischen Komponenten mit einer minimalen Aufprallgeschwindigkeit in den Endanschlag prellt. In dieser Arbeit wird daher eine Steuerstrategie entwickelt, die das zeitoptimale Schalten von elektromagnetischen Schnellschaltventilen mit minimaler Aufprallgeschwindigkeit des Ventilankers ermöglicht. Fortgeschrittene Algorithmen zur Minimierung der Aufprallgeschwindigkeit des Ventilankers verwenden meist adaptive Regelungsstrategien, um externen Störungen und Modellunsicherheiten entgegenwirken zu können. Die Adaption basiert in der Regel auf der Messung der Position des Ventilankers. Diese Messung ist allerdings kostenintensiv und mindert die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Daher besteht der Wunsch, die klassische Sensorik durch eine sogenannte virtuelle Sensorik zu ersetzen. Diese virtuelle Sensorik beruht auf dem synergetischen Zusammenwirken von Konstruktion und Entwurf des Gesamtsystems, der integrierten Sensorik für andere Systemgrößen und der Entwicklung intelligenter signal- und modellbasierter Algorithmen. In diesem Zusammenhang wird eine neue Positionsschätzstrategie basierend auf der Strom- und Spannungsmessung für elektromagnetische Aktuatoren vorgeschlagen. Zunächst wird der Entwurf einer Steuerung für das zeitoptimale Schalten von elektromagnetischen Schnellschaltventilen mit minimaler Aufprallgeschwindigkeit des Ventilankers in den Endanschlag präsentiert. Dieser erfolgt anhand der Formulierung eines eingangsbeschränkten, zeitoptimalen Optimalsteuerungsproblems für die Punkt-zu-Punkt-Bewegung des Ventilankers. Hierzu wird ein konzentriertparameterisches Ventilmodell hergeleitet und der quasi-zeitoptimale sowie der zeitoptimale Fall näher untersucht. Neben der numerischen Lösung des quasi-zeitoptimalen Optimalsteuerungsproblems anhand einer Volldiskretisierung wird durch Anwendung des Maximumsprinzips von Pontryagin das eingangsbeschränkte, quasi-zeitoptimale und zeitoptimale Optimalsteuerungsproblem in ein äquivalentes Zweipunktrandwertproblem umgeformt. In dieser Darstellung ist direkt ersichtlich, dass die eingangsbeschränkte und zeitoptimale Lösung für das Öffnen und Schließen des Ventils eine bang-singular-bang Steuerung ist. Messergebnisse an einem Versuchsstand bestätigen die theoretischen Ergebnisse und zei. Codice inventario libreria 9783844024289

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Dati bibliografici

Titolo: Soft Landing and Self-Sensing Strategies for...

Casa editrice: Shaker Verlag Dez 2013

Data di pubblicazione: 2013

Legatura: Taschenbuch

Condizione libro:Neu