TY - BOOK

T1 - Strukturidentifikation und Unterscheidbarkeit von Modellen für elektromechanische Antriebsstränge

T2 - Structure identification and distinguishability for models of electromechanical drive trains

AU - Tantau, Mathias

PY - 2024/6/20

Y1 - 2024/6/20

N2 - Ein mechatronisches System, wie eine Werkzeugmaschine, ein Roboter oder ein Regalbediengerät, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerungseinheit mithilfe von Aktoren gezielt die natürlichen Eigenschaften des Systems beeinflusst. Häufig kommen die besten Ergebnisse zustande, wenn ein Modell des Systems die Grundlage der Steuerungsalgorithmen darstellt. Doch die Ableitung von physikalischen Gleichungen und Modellen ist zeitaufwendig, verlangt Expertenwissen und es ist nicht immer vorab bekannt, welche physikalischen Effekte mitberücksichtigt werden sollten bzw. vernachlässigbar sind und welche Modellkomplexität angemessen ist. In dieser Arbeit werden verschiedene Varianten der Strukturidentifikation auf ein Regalbediengerät und einen Positionierantrieb angewandt, wobei der Fokus auf der Mechanik liegt, nicht auf den elektrischen Eigenschaften der Leistungselektronik oder der Aktoren. Mithilfe eines modularen „Baukastensystems“ werden häufig verwendete Teilmodelle zu Gesamtmodellen kombiniert und bewertet. Bei der Bewertung wird ein Fokus auf die physikalische Interpretierbarkeit gelegt, indem die Identifizierbarkeit der Parameter mitberücksichtigt wird. Dadurch entstehen eher einfache und relativ ungenaue Modelle. Es wird aber gezeigt, dass sich durch die Nutzung von temporärer Zusatzsensorik für die Inbetriebnahme die Identifizierbarkeit verbessert und komplexere Modelle identifizierbar werden. Weiterhin wird die Unterscheidbarkeit unterschiedlicher Modelle anhand des Ein-Ausgangsverhaltens untersucht. Beispiele zeigen die Notwendigkeit zur eindeutigen Strukturbestimmung auf. Häufig ist aber die Unterscheidbarkeit nicht gegeben. Auch hier werden temporäre Zusatzsensoren für die Inbetriebnahme als Möglichkeit zur Verbesserung betrachtet. Eine Einschränkung der Unterscheidbarkeits-Methoden ist, dass sie manchmal keine eindeutige Aussage liefern. Es wird gezeigt, dass die Kombination mehrerer Methoden hier Vorteile bietet. Als besonders anwendungsspezifische Strukturidentifikation wird zuletzt der Frage nachgegangen, wie ein Modell für die Reglerauslegung optimiert werden kann. Die Kostenfunktionen für Parameteridentifikation und Modellauswahl ergeben sich in diesem Fall aus dem Regelungsziel, sodass dieses schon vorab feststehen muss. Die resultierenden Modelle sind ähnlich zu denen, die sich mit eher Identifikations-typischen Kostenfunktionen ergeben, außer dass besonders ungünstige Modelle erfolgreich vermieden werden.

AB - Ein mechatronisches System, wie eine Werkzeugmaschine, ein Roboter oder ein Regalbediengerät, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerungseinheit mithilfe von Aktoren gezielt die natürlichen Eigenschaften des Systems beeinflusst. Häufig kommen die besten Ergebnisse zustande, wenn ein Modell des Systems die Grundlage der Steuerungsalgorithmen darstellt. Doch die Ableitung von physikalischen Gleichungen und Modellen ist zeitaufwendig, verlangt Expertenwissen und es ist nicht immer vorab bekannt, welche physikalischen Effekte mitberücksichtigt werden sollten bzw. vernachlässigbar sind und welche Modellkomplexität angemessen ist. In dieser Arbeit werden verschiedene Varianten der Strukturidentifikation auf ein Regalbediengerät und einen Positionierantrieb angewandt, wobei der Fokus auf der Mechanik liegt, nicht auf den elektrischen Eigenschaften der Leistungselektronik oder der Aktoren. Mithilfe eines modularen „Baukastensystems“ werden häufig verwendete Teilmodelle zu Gesamtmodellen kombiniert und bewertet. Bei der Bewertung wird ein Fokus auf die physikalische Interpretierbarkeit gelegt, indem die Identifizierbarkeit der Parameter mitberücksichtigt wird. Dadurch entstehen eher einfache und relativ ungenaue Modelle. Es wird aber gezeigt, dass sich durch die Nutzung von temporärer Zusatzsensorik für die Inbetriebnahme die Identifizierbarkeit verbessert und komplexere Modelle identifizierbar werden. Weiterhin wird die Unterscheidbarkeit unterschiedlicher Modelle anhand des Ein-Ausgangsverhaltens untersucht. Beispiele zeigen die Notwendigkeit zur eindeutigen Strukturbestimmung auf. Häufig ist aber die Unterscheidbarkeit nicht gegeben. Auch hier werden temporäre Zusatzsensoren für die Inbetriebnahme als Möglichkeit zur Verbesserung betrachtet. Eine Einschränkung der Unterscheidbarkeits-Methoden ist, dass sie manchmal keine eindeutige Aussage liefern. Es wird gezeigt, dass die Kombination mehrerer Methoden hier Vorteile bietet. Als besonders anwendungsspezifische Strukturidentifikation wird zuletzt der Frage nachgegangen, wie ein Modell für die Reglerauslegung optimiert werden kann. Die Kostenfunktionen für Parameteridentifikation und Modellauswahl ergeben sich in diesem Fall aus dem Regelungsziel, sodass dieses schon vorab feststehen muss. Die resultierenden Modelle sind ähnlich zu denen, die sich mit eher Identifikations-typischen Kostenfunktionen ergeben, außer dass besonders ungünstige Modelle erfolgreich vermieden werden.

U2 - 10.15488/17543

DO - 10.15488/17543

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -