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Realisierung eines μC-Programms zur Regelung eines MR-kompatiblen Druckluft-Servoantriebs

Gong, Kuangye :
Realisierung eines μC-Programms zur Regelung eines MR-kompatiblen Druckluft-Servoantriebs.
TU Darmstadt Institut EMK FG M+EMS
[Masterarbeit], (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.

Typ des Eintrags: Masterarbeit
Erschienen: 2013
Autor(en): Gong, Kuangye
Titel: Realisierung eines μC-Programms zur Regelung eines MR-kompatiblen Druckluft-Servoantriebs
Sprache: Deutsch
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
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 11 Sep 2013 11:26
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

ID-Nummer: 17/24 EMKM 1820
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helmut F.
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