Modellierung und Regelung von pneumatischen Linearantrieben

Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung und experimentelle Validierung modellbasierter Regelungskonzepte für pneumatische Linearantriebe anhand eines Prüfstands bestehend aus zwei, gegensinnig zueinander gerichteten Pneumatikzylindern.<br />Ausgehend von der mathematischen Modellierung erfolgt eine umfassende Parameteridentifikation und Modellvalidierung.<br />Im Speziellen wird hier auf das statische und dynamische Verhalten der Proportional-Wegeventile, den Druckaufbau in den Zylinderkammern und das Reibverhalten der pneumatischen Aktoren eingegangen.<br />Für die Positions- und Kraftregelung der Linearantriebe werden mit der Methode der exakten Eingangs-Aus\-gangs\-lineari\-sierung und dem Backstepping-Verfahren zwei nichtlineare Regelungskonzepte entwickelt. Die entworfenen Regelungsstrategien werden anhand von Simulationen getestet und am Prüfstand implementiert.<br />Die Simulations- und Messergebnisse bestätigen das gute Folge- und Störunterdrückungsverhalten der entwickelten Regler.<br />

The present diploma thesis deals with the design, implementation and test of model-based control strategies for pneumatic piston actuators. The control strategies are experimentally validated on a test bench. Based on the mathematical modeling of the system, a comprehensive identification and model validation is carried out. In this context, the static and dynamic behavior of the proportional-directional control valve, the pressure dynamics of the cylinder chambers and the friction of the pneumatic actuators are investigated. For the position and force controller design, exact input-output linearization and the backstepping method are applied. The controllers are tested by means of simulations and implemented on a test bench. The experimental results reveal the good tracking and disturbance rejection performance of the designed controllers.