Modellbasierte Überwachung des Zustandes von elektrohydraulisch aktuierten Positionierungssystemen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Untersuchung einer modellbasierten Zustandsüberwachung eines Hydraulik-Servoventils. Das Augenmerk liegt auf der Erkennung von Steuerkantenverschleiß bei Servoventilen. Das mathematische Modell der untersuchten Anlage wurde speziell unter Berücksichtigung des nichtlinearen Servoventilvolumenstroms entwickelt. Eine Literaturstudie zeigt verschiedene Möglichkeiten zur Berücksichtigung der Leckage.<br />Basierend auf dem mathematischen Modell wird gezeigt, dass klassische Methoden zur Beurteilung des Steuerkantenverschleißes nur eine eingeschränkte Aussagekraft besitzen. Aus diesem Grund werden einige Parameterschätzverfahren entwickelt und untersucht. Die Robustheit des erfolgversprechendsten Ansatzes wird in der Simulation für verschiedene Parameteränderungen und Messfehler getestet. Den Abschluss bildet die Auswertung von Messdaten einer industriellen Anlage. Es wird gezeigt, dass der Algorithmus in der Lage ist, sowohl Defekte als auch den Verschleiß des Ventils zu erkennen.<br />

This master thesis deals with the design and analysis of model-based condition monitoring of a hydraulic servo valve. The overall goal is the early detection of wear of control edges. The mathematical model of the analysed system is developed in such a way that it captures the non-linear servo-valve flow. Moreover, leakage flow is introduced based on a literature review.<br />Based on the mathematical model, classical methods of wear detection are discussed which facilitate valid and robust detection only under certain circumstances. Hence, some parameter estimation methods are introduced and evaluated. The most promising approach is tested and verified in simulation studies for different types of parameter variations and sensor faults. Finally, the actual implementation is validated by measurements. They demonstrate that the algorithm is able to detect both faults and long-term wear of the valve.