Volume 55, Issue 2

Mobile Arbeitsmaschinen wie Bagger, Traktoren oder Mobilkrane erfordern aufgrund ihrer vielfältigen Erscheinungsformen ebenso vielfältige Antriebslösungen für das Fahren, Bremsen und Arbeiten. Die hydrostatische Antriebstechnik bietet dafür die Möglichkeit zielgerichteter Lösungen, bei denen hochwertige Funktionen durch ein breites Spektrum von hydromechanischen bis elektrohydraulischen Regelungen erzielt werden. Mobile machines like excavators, tractors or mobile cranes require drive-train concepts for driving, braking and working — according to the vehicle specific needs. Especially for these applications, hydrostatic drive-train concepts offer specific solutions where high-quality functionality can be reached by a variety of hydro-mechanic to electro-hydraulic controls.

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der modellbasierten nichtlinearen Regelung von verstellbaren, eigenversorgten Axialkolbenpumpen für die Anwendung in Spritzgussmaschinen. Aufgrund der Eigenversorgung der Pumpe erhält man in Abhängigkeit der Bewegung der Schwenkscheibe ein nichtlineares mathematisches Modell mit Strukturumschaltung. Die Anforderungen an die Regelgüte hinsichtlich Dynamik und stationäre Genauigkeit unter der Annahme unbekannter Lasten sind im Wesentlichen aus dem Einspritzvorgang bei Spritzgussmaschinen abgeleitet worden. Das entwickelte Regelungskonzept setzt sich aus einer inversionsbasierten Steuerung, einer nach dem adaptiven Backstepping-Verfahren entworfenen Stabilisierung des Trajektorienfehlersystems und einem Lastschätzer zusammen. Der Regler- und Lastschätzerentwurf erfolgt zwar für jedes der beiden Teilsysteme des schaltenden Systems separat, doch kann die Stabilität des geschlossenen Kreises des Gesamtsystems mit Hilfe der Theorie der multiplen Lyapunovfunktionen systematisch bewiesen werden. Experimentelle Ergebnisse an einem Prüfstand zeigen für sämtliche untersuchte Testfälle eine herausragende Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Regelungskonzeptes. This contribution is concerned with the model-based nonlinear control of a variable-displacement, self-supplied axial piston pump for the application in plastic injection moulding machines. Due to the self-supply mechanism the mathematical model of the pump turns out to be a switched system depending on the direction of movement of the swash plate. The demands on the closed-loop performance with respect to dynamics and stationary accuracy on the assumption of unknown loads are basically derived from the injection process of plastic injection moulding machines. The control concept being derived consists of an inversion-based feedforward controller, an adaptive backstepping controller for the stabilization of the trajectory error system and an estimator for the unknown load. The controller and the estimator design are performed for each subsystem of the overall switched system separately. The stability of the overall closed-loop system can be proven in a systematic way by utilizing the theory of multiple Lyapunov functions. Experimental results on a test-stand show an excellent performance of the closed-loop system for all test scenarios.

Für den Entwurf einer Bahnregelung für servopneumatische Antriebe werden zwei Verfahren untersucht: Nichtlineare Regler, die nach der Methode der exakten Linearisierung ausgelegt werden sowie der Reglerentwurf durch Linearisierung um eine Referenztrajektorie. Mit dem nichtlinearen Regler werden bei geringerem Realisierungsaufwand die besseren Ergebnisse erzielt. For the design of a continuous path control of servopneumatic drives two design methods are investigated: Non linear controllers based on exact linearization techniques and a linear controller based on linearization along a reference trajectory. With the nonlinear controller better results can be achieved with less realisation effort.

Der Einsatz eines nichtlinearen Reglers, der auf der Methode der exakten Ein-/Ausgangslinearisierung basiert, garantiert für den betrachteten servopneumatischen Antrieb ein gutes Folgeverhalten. Voraussetzung hierfür ist unter anderem die Einhaltung von Druck- und Stellgrößenbeschränkungen, die bei der Dimensionierung des Antriebs und bei der Generierung des Bewegungsablaufs Berücksichtigung finden sollten. In diesem Beitrag werden hierfür Methoden erläutert und anhand von Beispielen verdeutlicht. The usage of a nonlinear controller on the basis of the exact Input-Output Linearization method guarantees of the considered servopneumatic drive, a good tracking behavior. The main requirement is to meet any pressure and input constraints, which have to be considered when sizing the drive and generating the trajectory. This article presents illustrated methods.

In dem vorliegenden Beitrag wird ein neuartiges Konzept für den modellbasierten Steuerungsentwurf für schaltende Gleichstrommagnetventile vorgestellt. Die Steuerung dient zur Stellung des Radbremszylinderdrucks von Kraftfahrzeugen bei fahrdynamischen Regeleingriffen, wie z.B. durch ein ESP oder ein ABS [1;11]. Für den Steuerungsentwurf wird aus einem detaillierten Simulationsmodell des Bremssystems ein vereinfachtes Modell abgeleitet, welches die wesentlichen Nichtlinearitäten des Systems sowie Umgebungseinflüsse (z.B. Temperatur) berücksichtigt. Auf der Grundlage der Gleichungen des vereinfachten Entwurfsmodells werden die Schaltzeiten und weitere charakteristische Zeitintervalle, die das dynamische Verhalten des Ventils beschreiben, durch symbolische Integration oder approximativ mit Hilfe von Taylor-Reihen berechnet. Die so bestimmten Zeitintervalle dienen dann zur Berechnung der Ansteuerzeit des Ventils aus der Solldruckvorgabe für den Bremszylinder und den physikalischen Systemparametern. Die entwickelte Ansteuerung hat sich bei Simulationsstudien als eine leistungsfähige Methode erwiesen und ermöglicht eine im Vergleich zu heutigen Bremssystemen verbesserte Druckstellgenauigkeit. This paper presents a novel concept for the model-based open-loop control design of switching solenoid valves. The control is suitable for the wheel brake calliper pressure setting during vehicle dynamics control, as e. g. by ESP or ABS [1;11]. For the control design the reduced model, taking into account all essential nonlinearities of the system as well as environmental effects (e. g. temperature), was derived from the detailed simulation model. The transition times and other characteristic time intervals describing the dynamic behaviour of the solenoid valve are calculated from the equations of the reduced model through symbolic integration or approximative by means of taylor series. The calculated time intervals serve to define the control impulse duration of the valve from the desired calliper pressure. In simulation studies the designed control has been proven to be an efficient approach and allows improved pressure control accuracy for conventional brake systems.

Der Beitrag beschreibt ein modell-basiertes Fehlerdiagnosesystem für lineare hydraulische Servo-Achsen. Zur Fehlererkennung kommen Paritätsgleichungen und Parameterschätzverfahren zum Einsatz, die auf einem genauen physikalischen Modell der hydraulischen Strecke basieren. Ein Fuzzy-Logik basiertes Diagnosesystem erlaubt die Diagnose von zehn Prozessfehlern am Steuerventil und am Zylinder sowie von Sensorfehlern bei allen verwendeten Sensoren. This paper presents a model-based fault diagnosis system for linear hydraulic servo axes. Parity equations and parameter estimation methods are employed for fault detection, which are based on a precise physical model of the hydraulic plant. A fuzzy logic based diagnosis system allows the diagnosis of ten process faults at the control valve and the cylinder as well as sensor faults in all employed sensors.