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Parametrisierung und Regelungsalgorithmus zur Darstellung von hysteresebehafteten Kraft-Weg-Kennlinien

Akcin, Ayhan :
Parametrisierung und Regelungsalgorithmus zur Darstellung von hysteresebehafteten Kraft-Weg-Kennlinien.
Technische Universität Darmstadt
[Bachelorarbeit], (2011)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Das Betätigen eines realen Schalters, vermittelt dem Benutzer ein Gefühl. Dieses Gefühl, das als Haptic-Feel bezeichnet wird, auf virtuelle Schalter zu übertragen, ist ein aktuelles Forschungsthema. Damit ist es möglich, überwiegend aus elektronischen Elementen bestehende Schalter zu entwickeln, welche sich beim Betätigen genauso anfühlen wie diejenigen aus überwiegende mechanischen Elementen.

Auf Grundlage beliebiger Kraft-Weg-Kennlinien basiert diese Bachelorarbeit.

Dazu werden durch Betrachtung der Kraft-Weg-Kennlinie, Eigenschaften vorausgesagt bzw. gezielt diese Stellen in der Kennlinie verändert um Eigenschaften hervorzuheben bzw. zu unterdrücken.

Aufbauend auf die Vorgängeruntersuchungen in der Schalter als mathematische Modelle am Computer abgebildet und simuliert wurden, und auch die zugehörige Kraft über Weg Verläufe generiert wurden, ist Gegenstand dieser Arbeit eine sinnvolle Parametrisierung beliebiger Hysterese-Kennlinien (Kraft über Weg) durchzuführen, so dass für den Verlauf charakteristische Punkte selektiert werden, um nur diese festzuhalten und für weiterführende Betrachtung als Grundlage zu Verfügung zu stellen.

Ein existierender Messstand am Institut für Elektromechanische Konstruktion zur Analyse von beliebigen Schaltern, liefert eine hysteresebehaftete Kraft-Weg Kennlinie. In dem eingeschlossener Bereich der Kennlinie existieren keine Messwerte. Dazu sind in dieser Arbeit Regelalgorithmen entwickelt, die bislang am Versuchsstand nicht simulierte Verläufe zu generieren im Stande sind.

In dieser Arbeit ist eine Parametrisierung einer Kennlinie durchgeführt worden, welche ca. 500.000 Messwerte besitzt. Es ist in dieser Arbeit gelungen die Messwerte auf etwa 3.000 zu reduzieren. Die Datenmenge ist für Echtzeitsysteme wie ein Schalter von entscheidender Bedeutung. Dabei ist der charakteristische Verlauf der Kraft-Weg -Kennlinie unverändert geblieben. Mit der Parametrisierung ist es gelungen eine Verminderung der Messwerte um 95 Prozent zu erreichen.

Es sind drei Algorithmen mit Herleitung entwickelt worden, die deutlich machen, wie aus einfachen Überlegungen und Rechnungen heraus, bei gegebener Kennlinie, auf sinnvolle Algorithmen geschlossen werden kann.

Die Parametrisierung und die ausgewählten Regelalgorithmen sind anschließend in LabView umgesetzt worden.

Die Parametrisierung ist in die Vorbereitung- und die eigentliche Parametrisierung aufgeteilt. In der Vorbereitung auf die Parametrierung ist eine Offsetreduktion, Eliminierung der Überbestimmten doppelt vorkommenden x-Werte mit anschließender Zusammenfassung der zugehörigen F-Kraftwerte in LabView umgesetzt worden.

Die eigentliche Parametrierung ist durch Steigungsänderungen verwirklicht worden mit der alle charakteristischen Punkte die den charakteristischen Verlauf der Kennlinien wiedergeben aufgenommen wurden.

Aufbauend auf die Parametrierung ist der Regelalgorithmus umgesetzt worden.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2011
Autor(en): Akcin, Ayhan
Titel: Parametrisierung und Regelungsalgorithmus zur Darstellung von hysteresebehafteten Kraft-Weg-Kennlinien
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Das Betätigen eines realen Schalters, vermittelt dem Benutzer ein Gefühl. Dieses Gefühl, das als Haptic-Feel bezeichnet wird, auf virtuelle Schalter zu übertragen, ist ein aktuelles Forschungsthema. Damit ist es möglich, überwiegend aus elektronischen Elementen bestehende Schalter zu entwickeln, welche sich beim Betätigen genauso anfühlen wie diejenigen aus überwiegende mechanischen Elementen.

Auf Grundlage beliebiger Kraft-Weg-Kennlinien basiert diese Bachelorarbeit.

Dazu werden durch Betrachtung der Kraft-Weg-Kennlinie, Eigenschaften vorausgesagt bzw. gezielt diese Stellen in der Kennlinie verändert um Eigenschaften hervorzuheben bzw. zu unterdrücken.

Aufbauend auf die Vorgängeruntersuchungen in der Schalter als mathematische Modelle am Computer abgebildet und simuliert wurden, und auch die zugehörige Kraft über Weg Verläufe generiert wurden, ist Gegenstand dieser Arbeit eine sinnvolle Parametrisierung beliebiger Hysterese-Kennlinien (Kraft über Weg) durchzuführen, so dass für den Verlauf charakteristische Punkte selektiert werden, um nur diese festzuhalten und für weiterführende Betrachtung als Grundlage zu Verfügung zu stellen.

Ein existierender Messstand am Institut für Elektromechanische Konstruktion zur Analyse von beliebigen Schaltern, liefert eine hysteresebehaftete Kraft-Weg Kennlinie. In dem eingeschlossener Bereich der Kennlinie existieren keine Messwerte. Dazu sind in dieser Arbeit Regelalgorithmen entwickelt, die bislang am Versuchsstand nicht simulierte Verläufe zu generieren im Stande sind.

In dieser Arbeit ist eine Parametrisierung einer Kennlinie durchgeführt worden, welche ca. 500.000 Messwerte besitzt. Es ist in dieser Arbeit gelungen die Messwerte auf etwa 3.000 zu reduzieren. Die Datenmenge ist für Echtzeitsysteme wie ein Schalter von entscheidender Bedeutung. Dabei ist der charakteristische Verlauf der Kraft-Weg -Kennlinie unverändert geblieben. Mit der Parametrisierung ist es gelungen eine Verminderung der Messwerte um 95 Prozent zu erreichen.

Es sind drei Algorithmen mit Herleitung entwickelt worden, die deutlich machen, wie aus einfachen Überlegungen und Rechnungen heraus, bei gegebener Kennlinie, auf sinnvolle Algorithmen geschlossen werden kann.

Die Parametrisierung und die ausgewählten Regelalgorithmen sind anschließend in LabView umgesetzt worden.

Die Parametrisierung ist in die Vorbereitung- und die eigentliche Parametrisierung aufgeteilt. In der Vorbereitung auf die Parametrierung ist eine Offsetreduktion, Eliminierung der Überbestimmten doppelt vorkommenden x-Werte mit anschließender Zusammenfassung der zugehörigen F-Kraftwerte in LabView umgesetzt worden.

Die eigentliche Parametrierung ist durch Steigungsänderungen verwirklicht worden mit der alle charakteristischen Punkte die den charakteristischen Verlauf der Kennlinien wiedergeben aufgenommen wurden.

Aufbauend auf die Parametrierung ist der Regelalgorithmus umgesetzt worden.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Hysterese Kraft-Weg, Hysteresemodifikation, Kraft-Weg Kennlinie, Schalterparametrisierung mechanisch
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 18 Nov 2011 08:47
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKB 1765

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 15-11-2010

Ende Datum: 15-04-2011

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (Dipl.)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKB 1765
Gutachter / Prüfer: Hatzfeld, Dipl.-Ing. Christian ; Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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