Gong, Kuangye (2013)
Realisierung eines μC-Programms zur Regelung eines MR-kompatiblen Druckluft-Servoantriebs.
Technische Universität Darmstadt
Masterarbeit, Bibliographie
Kurzbeschreibung (Abstract)
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklungsschritte eines Druckluft-Servo-Antriebs. Die Auswahl der Hardware, sowie deren grundsätzlicher Aufbau, wurde bereits bei einem Projektseminar (PEM) am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der TU-Darmstadt erledigt. Ziel dieser Arbeit ist eine Positionierzeit von 0,1 s für einen Schwenkwinkel von 20° bei einem Lastmoment von 2 Nm und einer pneumatischen Leitungslänge von 5 m zu erreichen. Um das Servosystem zu untersuchen und Regler zu entwerfen, wird zunächst ein mathematisches Modell, nach bestehenden Modellierungsmethoden für pneumatische Antriebssysteme, mit eigener Innovation aufgebaut. Danach wird das Modell auf Simulink übertragen, um die Plausibilität durch die Simulation zu beweisen. Die unbekannten Parameter des Modells können zudem nach dem vom Hersteller angegebenen Kennlinien durch Simulation identifiziert und optimiert werden. Nach Erstellung eines plausiblen Modells können Regelungskonzepte entwickelt werden. Der Reglerentwurf erfolgt in Simulink und ist daher im Anschluss mit der Hardware zu validieren. Lineare und nichtlineare Regelungskonzepte werden entworfen und verglichen. Ein theoretisch bestes Konzept wird daraus resultierend ausgewählt. Alle entworfenen Regler werden im Anschluss in C-Code in den Mikrocontroller programmiert und noch einmal verglichen. Da es sich um einen 8-bit Mikrocontroller handelt, ist es auch sinnvoll, dass der Regler möglichst einfach entworfen wird. Die vorhandene Hardware wurde verbessert (Encoderscheibe, Schaltplan, etc.) und in Betrieb genommen. Dafür wurde verschiedene Software eingesetzt: z.B. Labview, AVR Studio, Proteus und Auto-CAD. Das experimentelle Ergebnis mit 5 m langer Leitung ist eine Positionierzeit von 0,53 s für einen Schwenkwinkel von 20°. Dieses Ergebnis kann noch verbessert werden, z.B durch schnelleres Regelventil oder höheren Betriebsdruck. Es lässt sich jedoch durch die Simulation und das Experiment zeigen, dass eine Positionierzeit von 0,1 s beim System mit 5 m langer Leitung nicht realisierbar ist. Der Grund dafür ist, dass die Totzeit bedingt durch die lange Leitung bereits 0,1 s beträgt.
| Typ des Eintrags: | Masterarbeit |
|---|---|
| Erschienen: | 2013 |
| Autor(en): | Gong, Kuangye |
| Art des Eintrags: | Bibliographie |
| Titel: | Realisierung eines μC-Programms zur Regelung eines MR-kompatiblen Druckluft-Servoantriebs |
| Sprache: | Deutsch |
| Referenten: | Schlaak, Prof. Helmut F. |
| Publikationsjahr: | 31 Juli 2013 |
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklungsschritte eines Druckluft-Servo-Antriebs. Die Auswahl der Hardware, sowie deren grundsätzlicher Aufbau, wurde bereits bei einem Projektseminar (PEM) am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der TU-Darmstadt erledigt. Ziel dieser Arbeit ist eine Positionierzeit von 0,1 s für einen Schwenkwinkel von 20° bei einem Lastmoment von 2 Nm und einer pneumatischen Leitungslänge von 5 m zu erreichen. Um das Servosystem zu untersuchen und Regler zu entwerfen, wird zunächst ein mathematisches Modell, nach bestehenden Modellierungsmethoden für pneumatische Antriebssysteme, mit eigener Innovation aufgebaut. Danach wird das Modell auf Simulink übertragen, um die Plausibilität durch die Simulation zu beweisen. Die unbekannten Parameter des Modells können zudem nach dem vom Hersteller angegebenen Kennlinien durch Simulation identifiziert und optimiert werden. Nach Erstellung eines plausiblen Modells können Regelungskonzepte entwickelt werden. Der Reglerentwurf erfolgt in Simulink und ist daher im Anschluss mit der Hardware zu validieren. Lineare und nichtlineare Regelungskonzepte werden entworfen und verglichen. Ein theoretisch bestes Konzept wird daraus resultierend ausgewählt. Alle entworfenen Regler werden im Anschluss in C-Code in den Mikrocontroller programmiert und noch einmal verglichen. Da es sich um einen 8-bit Mikrocontroller handelt, ist es auch sinnvoll, dass der Regler möglichst einfach entworfen wird. Die vorhandene Hardware wurde verbessert (Encoderscheibe, Schaltplan, etc.) und in Betrieb genommen. Dafür wurde verschiedene Software eingesetzt: z.B. Labview, AVR Studio, Proteus und Auto-CAD. Das experimentelle Ergebnis mit 5 m langer Leitung ist eine Positionierzeit von 0,53 s für einen Schwenkwinkel von 20°. Dieses Ergebnis kann noch verbessert werden, z.B durch schnelleres Regelventil oder höheren Betriebsdruck. Es lässt sich jedoch durch die Simulation und das Experiment zeigen, dass eine Positionierzeit von 0,1 s beim System mit 5 m langer Leitung nicht realisierbar ist. Der Grund dafür ist, dass die Totzeit bedingt durch die lange Leitung bereits 0,1 s beträgt. |
| Freie Schlagworte: | Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen |
| ID-Nummer: | 17/24 EMKM 1820 |
| Zusätzliche Informationen: | EMK-spezifische Daten: Lagerort Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate. Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKM 1820 Masterarbeit Beginn Datum: 01-02-2013 Ende Datum: 31-07-2013 |
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen (aufgelöst 18.12.2018) 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme |
| Hinterlegungsdatum: | 11 Sep 2013 11:26 |
| Letzte Änderung: | 12 Sep 2013 11:26 |
| PPN: | |
| Referenten: | Schlaak, Prof. Helmut F. |
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