Volume 56, Issue 3 - 3

In diesem Beitrag wird ein neuartiges Aktorprinzip für magnetisch gelagerte Antriebe vorgestellt. Für diese neue Scheibenläuferkonstruktion wird nach der Modellbildung auch ein entsprechendes Regelschema in Form der Eingangs-/Zustandslinearisierung hergeleitet. Zur Realisierung des Konzeptes auf einem digitalen Signalprozessor wurden Entwicklungswerkzeuge für die Finite-Elemente-Simulation (Matmag) und die Programmierung des Prozessors (M2C) realisiert. Beide Tools basieren auf dem numerischen Algebraprogramm Matlab von Mathworks. Abschließend wird auf die beiden lagerlosen Segmentmotor-Prototypen mit ihren unterschiedlichen Betriebseigenschaften eingegangen. This article introduces a new actuator principle for magnetically levitated drive systems. The resulting bearingless motor is a subtype of the bearingless slice motor. A proper modelling is done and a suitable control scheme is presented by the help of nonlinear feedback control. For easier implementation of the control concept on a digital signal processor development tools have been created. These tools help calculating finite element simulations (Matmag) and coding the processor (M2C). Both of these tools are based on the numerical algebra software Matlab developed by Mathworks. Finally two bearingless segment motor prototypes with different operation behaviour are presented.

Der steigende Bedarf an miniaturisierten mechatronischen Antriebssystemen stellt eine besondere Herausforderung für die klassische Antriebstechnik dar. Zukünftige Antriebssysteme müssen nicht nur kompakter werden, sondern weitere Eigenschaften wie Stellpräzision, Echtzeit-Force-Feedback und Energieeffizienz vereinen. Bereits seit langem gibt es deshalb Bestrebungen, unkonventionelle Aktoren als Antriebselemente zu verwenden, die diese Eigenschaften intrinsisch aufweisen. Einen Beitrag zur Lösung dieses Zielkonfliktes stellt die PAD-Kinematik dar. Sie ermöglicht eine direkte Wandlung der Elongationen von Festkörperaktoren in präzise steuerbare Rotation, bei gleichzeitiger Erfassung der Lastmomente und hoher Energieeffizienz. Aus dem Zusammenwirken der Systemkomponenten PAD-Motor, PAD-Leistungselektronik, PAD-Sensorelektronik und PAD-Motion-Control-Software ergeben sich attraktive Systemeigenschaften (ähnlich Servosystemen). Today´s challenge in electrical drive engineering is the increasing market for small mechatronic systems. In the future these systems not only have to become smaller but also must offer higher precision, force feedback and high energy efficiency. Hence much attention has been payed on unconventional actuators with intrinsic sensor capabilities in the past. The PAD kinematical principle is a new tool to solve this trade-off and to convert the elongation of solid state actuators into rotation — precisely, efficiently and enabling real-time force-feedback. The interaction of the system components as PAD-Drive, PAD-Power-Stage, PAD-Sensorics and PAD-Motion-Control-Software provides an attractive set of system features (similar to servosystems).

Dieser Beitrag behandelt die Schwingungskompensation durch ein mehrachsiges aktives Lager auf Basis piezoelektrischer Aktoren. Ein adaptives Filtersystem zur entkoppelten Beeinflussung der einzelnen Freiheitsgrade wird in Simulation und Experiment untersucht. Ferner wird eine Möglichkeit zur Verbesserung des verwendeten Adaptionsverfahrens durch eine Beschränkung der Filterkoeffizienten implementiert und getestet. In this contribution, vibration control by means of a multi-axial active mount on basis of piezoelectric actuators is studied. An adaptive filter system for the decoupled control of the mechanical degrees of freedom is examined as well in a simulation as in an experiment. Additionally, the improvement of the adaptation law by means of constraints on the filter coefficients is studied.

In diesem Beitrag wird ein Entwurfsverfahren für echtzeitfähige inverse Filter zur Kompensation von hysteresebehafteten Aktorkennlinien in offener Wirkungskette vorgestellt, das auf der sogenannten modifizierten Prandtl-Ishlinskii-Methode basiert. Für Anwendungen mit Signalfrequenzen bis zu 1 kHz wird eine Hardwarerealisierung auf der Grundlage eines FPGAs beschrieben, die in Verbindung mit hochgradig parallelisierbaren Algorithmen Abtastraten im MHz-Bereich zulässt. Anhand eines adaptronischen Hilfsmassedämpfers wird beispielartig die Wirkung der Hysteresekompensation auf das Dämpfungsverhalten bei unterschiedlichen Betriebsmodi dargestellt. This paper presents a method for designing real-time inverse filters based on the so-called Prandtl-Ishlinskii approach for feedforward compensation of hysteretic actuator characteristics. An FPGA based hardware solution, which in combination with the highly parallel algorithms enables sampling frequencies in the megahertz range, is described for applications with signal frequencies up to 1 kHz. The effect of hysteresis compensation on the damping behaviour of an adaptronic auxiliary mass damper is presented for various operating modes.

Aktoren auf Basis magnetorheologischer Fluide zeichnen sich durch eine hochdynamische und weitgehend lineare Verstellung der Schubspannung aus und stellen deshalb eine interessante Alternative zu konventionellen Bremsen, Kupplungen und Dämpfern dar. Im Rahmen dieses Beitrags wird ein rotatorischer MRF-Aktor modellgestützt entworfen, der sich insbesondere für die Bewegungssteuerung von Türen und Klappen in Fahrzeugen eignet. Actuators based on magnetorheological fluids offer a high dynamical and almost linear force generation and represent therefore an interesting alternative for conventional brakes, clutches und dampers. In this paper a model-based design of a rotary MRF-actuator is described. The designed actuator is especially suited for the motion control of automotive doors.