Bewertung und Analyse des Regelverhaltens laufzeitoptimierter Mehrachsregelsysteme

Moderne Mehrachsregelsysteme bestehen aus Servoantrieben, einem echtzeitfähigen Übertragungssystem (Feldbus) sowie einer Echtzeit-Steu-erung. Es werden Mehrgrößenregelungen zum koordinierten oder kooperativen Verfahren mehrerer Achsen in Applikationen wie z. B. Druckmaschinen, Industrierobotern oder Bearbeitungsmaschinen genutzt. In diesen Applikationen wird das Führungsverhalten oftmals durch Verwendung eines Führungsgrößengenerators optimiert. Die zugehörige Vorsteuerung kann Latenzen in den Regelkreisen berücksichtigen, die aus Feldbusübertragungen resultieren und ist somit unabhängig von diesen. Die Regelung, die folglich hauptsächlich der Störunterdrückung dient, kann diese Laufzeiten nicht kompensieren und wird daher mit entsprechend niedrigerer Bandbreite ausgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein laufzeitoptimiertes Referenzsystem für hochdynamische Mehrachsregelung vorgestellt, welches imstande ist, unterschiedliche Vernetzungsstrukturen und Abtastzeiten abzubilden und ermöglicht somit eine Bewertung des Regelverhaltens bei unterschiedlichen Systemkonfigurationen. Die entwickelten FPGA-basierten Servoumrichter sind über ein eigens entwickeltes latenzarmes Echtzeit-Ethernet-Übertragungssystem an eine leistungsstarke PC-basierte Steuerung angeschlossen. Zur Bewertung und Analyse des Regelverhaltens, wurde ein anspruchsvoller Gleichlaufdemonstrator aufgebaut. Durch die Integration einer zusätzlichen Lastmaschine können explizit Störungen in das System eingebracht werden. Das Regelverhalten einzelner Antriebe sowie unterschiedlicher Strukturen und Laufzeitzusammenhänge in der verkoppelten Mehrachsregelung werden anhand der Bewertungskriterien Störunterdrückung und dynamischer Störsteifigkeit untersucht. In beiden Kriterien konnte eine Leistungssteigerung trotz herausfordernder mechanischer Mehrgrößenstrecken durch Reduktion effektiver Laufzeiten in den Regelkreisen realisiert werden.