Regelung eines servoelektrischen Prozessschraubers und einer servoelektrischen Prozesspresse

Abstract

In dieser Arbeit werden Regelungskonzepte für einen servoelektrischen Prozessschrauber und eine servoelektrische Prozesspresse erarbeitet, die es ermöglichen, eine Schraube innerhalb kürzester Zeit und unter Einhaltung von definierten Qualitätsmerkmalen einzuschrauben und anzuziehen bzw. einen Pressvorgang unter den genannten Bedingungen durchzuführen. Die beiden Maschinen sind einander sehr ähnlich, weshalb die Entwicklungen analog zueinander durchgeführt werden können. Ausgehend von der mathematischen Modellbildung und der Validierung der Modelle anhand einer Frequenzgangsschätzung erfolgt ein Reglerentwurf im Frequenzbereich. Für den Schrauber werden zwei Konzepte entwickelt, die den Anforderungen der Regelung gerecht werden. Die fortgeschrittenere Strategie sieht vor, den Regelkreis um einen Störgrößenschätzer sowie eine Vorsteuerung zu erweitern. Bei der Presse wird die Regelgüte durch eine zusätzliche Vorsteuerung zur Last- und Trägheitskompensation verbessert. Abschließend werden die erarbeiteten Konzepte am Prüfstand getestet und mit den bestehenden Lösungen verglichen. Die neuen Konzepte weisen eine deutliche bessere Performance hinsichtlich Prozessdauer und Genauigkeit auf.

The aim of this diploma thesis is to develop control strategies for a servo-electric process screwdriver and a servo-electric process press. Both applications require a minimal process time under the restriction of certain quality constraints. Based on the mathematical modeling of the systems and the experimental validation by an empirical transfer function estimate, the controller design is carried out in the frequency domain. Two concepts are presented for the screwdriver to achieve the stipulated requirements. The more advanced strategy uses an estimator to predict the external load and an additional feed-forward controller. To improve the control performance for the press, a feed-forward controller is used to compensate for the external load and the inertia of the press. Finally, all concepts are tested on test benches. The new control concepts show a significant improvement both in view of the process time and the accuracy compared to the state-of-the-art solutions.