Bibliographic Metadata
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- TitleModellbasierte 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]
- Translated titleModel-based synthesis of a hybrid force/position controller for a vehicle suspension test rig with hydraulic hexapod
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- Published
- Description1 Online-Ressource (XI, 321 Seiten) : Diagramme
- Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2020
- AnnotationTag der Verteidigung: 21.12.2020
- Defended on2020-12-21
- LanguageGerman ; English
- Series
- Document TypesDissertation (PhD)
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Zusammenfassung
In dieser Dissertation wird der Entwurf einer hybriden Kraft-/Positionsregelung für einen hydraulischen Hexapod durchgeführt, der als Anregungseinheit in einem Achsprüfstand dient. Während bei konventionellen Anlagen die iterativ lernende Regelung (ILR) eingesetzt wird, um unter hohem Zeitaufwand die Stellsignale der Antriebe zu bilden, besteht das Alleinstellungsmerkmal der vorliegenden Synthese in der Verwendung echtzeitfähiger Regelungsalgorithmen. Das ermöglicht auch Hardware-in-the-Loop-Anwendungen. Der Stand der Technik zeigt, dass Regelungsansätze für anspruchsvolle Aufgaben die Bewegungsgleichungen von Manipulator und Kontaktpartner einbeziehen. In dieser Arbeit werden daher die Bewegungsgleichungen des Hexapod und des Prüflings, einer MacPherson-Radaufhängung, hergeleitet. Dabei geht die Modellierungstiefe der Radaufhängung weit über den Stand der Technik hinaus. Mithilfe der Modelle wird eine aus der Literatur bekannte Regelung, die allgemeingültig weiterentwickelt wird, sowie eine Regelung nach der exakten Ein-/Ausgangslinearisierung für den Hexapod entworfen. Die hohe Leistungsfähigkeit beider Regelungen und deren Eignung für Betriebsfestigkeitsversuche wird anhand von Computersimulationen nachgewiesen. Für die Erprobung am Prüfstand fehlte vereinzelt Sensorik, vor allem aber ein hochwertiger Parametersatz für den Prüfling seitens des Herstellers. Nicht zuletzt deshalb werden in der Arbeit weitere Regelungsansätze beschrieben, die weniger Modellwissen erfordern. Für einen dieser Ansätze enthält die Arbeit auch Messergebnisse vom Prüfstand. Es zeigt sich, dass die mit diesem Regler erzielten Ergebnisse bisher dokumentierte echtzeitfähige Regelungen deutlich übertreffen. Betriebsfestigkeitsprüfungen mit sehr hohen Dynamikanforderungen werden durch eine ILR realisiert.
Abstract
This thesis deals with the design of a hybrid force/position controller for a hydraulic hexapod which serves as an excitation unit in a vehicle suspension test rig. While the time-consuming iterative learning control (ILC) technique is used to calculate the input signals for industrial systems, the unique characteristic of the present synthesis is its real-time capability. This also enables hardware-in-the-loop applications. The state of the art shows that control approaches for particularly demanding tasks incorporate the equations of motion of both the manipulator and the environment. Thus, the equations of motion of hexapod and test specimen, a MacPherson wheel suspension, are derived. The modeling depth of the wheel suspension significantly exceeds the state of the art. Using these models, a controller known from literature and a second one which is based on exact input/output linearization are designed for the hexapod. The former is developed further in a generally valid way. The latter proves to be predestined for the use case at hand. Computer simulations verify the high performance of both control approaches and their suitability for durability testing of vehicle suspension systems. Test rig experiments require additional sensors and, above all, a high quality model of the test specimen to be provided by the manufacturer. Also for this reason, further control approaches are described which involve less knowledge about the test specimen. For one of these methods, test rig measurements are provided. It turns out that the results achieved with this particular controller clearly exceed the known state of the art. Durability tests with particularly high dynamic requirements are facilitated by an ILC which is also included in the thesis.
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