Modellbasierte Synthese einer hybriden Kraft-/Positionsregelung für einen Fahrzeugachsprüfstand mit hydraulischem Hexapod / Andreas Kohlstedt ; [Referent: Prof. Dr.-Ing. Ansgar Trächtler, Korreferent: Prof. Dr.-Ing. Günter Roppenecker]. Paderborn, 2021
Inhalt
- Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Symbolverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Hardware-in-the-Loop-Prüfstand für PKW-Achsen
- 1.2 Problemstellung
- 1.3 Zielsetzung
- 1.4 Aufbau der Arbeit
- 2 Stand von Technik und Forschung
- 2.1 Konventionelle Achsprüfung in Industrie und Forschung
- 2.1.1 Hintergrund und Ablauf der Achserprobung
- 2.1.2 Drive-File-Generierung
- 2.1.3 Maßnahmen zur Erhöhung der Konvergenzgeschwindigkeit
- 2.1.4 Weitere Maßnahmen zur Verbesserung des Prozesses
- 2.2 Kraft- und Interaktionsregelung und Anwendung bei Parallelkinematiken
- 2.2.1 Einführung
- 2.2.2 Indirekte Kraftregelungen
- 2.2.3 Direkte Kraftregelungen
- 2.2.4 Anwendungsbeispiele
- 2.3 Modellierung und Simulation von Achsprüfungen
- 2.4 Zusammenfassung
- 2.5 Handlungsbedarf und Konkretisierung der Zielsetzung
- 3 Vorbetrachtung an zweidimensionaler Kontaktsituation
- 4 Modellierung des Prüfstands
- 4.1 Simulationsmodell des betrachteten Prüfsystems
- 4.2 Starrkörper-Dynamikmodell des Hexapod
- 4.2.1 13-Starrkörper-Modell
- 4.2.2 1-Starrkörper-Modell
- 4.2.3 Resultierende Modellgleichungen
- 4.2.4 Parametrierung des 1-Starrkörper-Modells
- 4.2.5 Modellvalidierung anhand des MKS-Hexapodmodells
- 4.3 Starrkörper-Dynamikmodell der MacPherson-Radaufhängung
- 4.3.1 Herleitung der Bewegungsgleichungen
- 4.3.2 Resultierende Modellgleichungen
- 4.3.3 Modellvalidierung anhand des MKS-Radaufhängungsmodells
- 4.4 Kopplung der Teilmodelle zum Gesamtsystemmodell
- 4.4.1 Ideal starre Bindung von Endeffektor und Radnabe
- 4.4.2 Dynamische Bindung von Endeffektor und Radnabe
- 4.4.3 Modellvalidierung anhand des MKS-Prüfstandsmodells
- 4.5 Zusammenfassung
- 5 Synthese einer hybriden Kraft-/Positionsregelung für den Hexapod
- 5.1 Analytische Formulierung nach de Luca und Manes
- 5.1.1 Erweiterung: Selektionsmatrix S zur Wahl zwischen lambdaa und ydyn
- 5.1.2 Erweiterung: Einbeziehung der Aktordynamik
- 5.1.3 Regelung der Radaufhängung ohne Elastomerlager
- 5.1.4 Regelung der Radaufhängung mit Elastomerlagern
- 5.2 Entwurf mit exakter Ein-/Ausgangslinearisierung
- 5.2.1 Ideal starre Bindung von Endeffektor und Radnabe
- 5.2.2 Dynamische Bindung von Endeffektor und Radnabe
- 5.2.3 Vereinfachte Umgebungsmodelle
- 5.3 Entwürfe ohne Entkopplung der (Kraft-) Regelgrößen
- 5.4 Entwurf ohne Umgebungsmodell
- 5.5 Kombination mit ILR für hohe Bandbreitenanforderung
- 5.6 Zusammenfassung
- 6 Zusammenfassung, wissenschaftlicher Beitrag und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Literaturverzeichnis der studentischen Arbeiten
- Anhang
- A1 Grundlagen zu Mehrkörpersystemen
- A1.1 Darstellung von MKS-Topologien
- A1.2 Notation
- A1.3 Elementardrehmatrizen
- A1.4 XYZ-Kardanwinkel
- A1.5 Eigenschaften von Drehmatrizen
- A1.6 Kreuzproduktmatrix
- A2 Aufstellen von Bewegungsgleichungen mithilfe des Prinzips von Jourdain
- A3 Regelungsentwurf mit exakter Ein-/Ausgangslinearisierung
- A4 Herleitung der Gleichungen nach de Luca und Manes mittels exakter Ein-/Ausgangslinearisierung
- A5 Zweidimensionale Modelle
- A5.1 Relativgeschwindigkeit und Moment in der Ebene
- A5.2 Manipulator
- A5.3 Umgebung „Stab mit nicht vernachlässigbarer Dynamik“
- A5.4 Radaufhängung
- A6 Lösung der Gleichung a*cos(x)+b*sin(x)=c
- A7 Zusätzliche Abbildungen zu Kapitel 5
- A7.1 Analytische Formulierung nach de Luca und Manes
- A7.1.1 Regelung der Radaufhängung ohne Elastomerlager
- A7.1.2 Regelung der Radaufhängung mit Elastomerlagern
- A7.2 Entwurf mit exakter Ein-/Ausgangslinearisierung
- A7.3 Entwürfe ohne Entkopplung der (Kraft-) Regelgrößen
- A7.4 Kombination mit ILR für hohe Bandbreitenanforderung
- A8 Übertragungsverhalten der Servoventile