Modellbasierter Entwurf zur Absicherung des Konzepts und ... · Idealisiertes LM-Modell eines...

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ENTwurfstechnik Intelligente MEchatronik ANSPRECHPARTNER GEFÖRDERT VON Idealisiertes Dynamikmodell Delta- Roboter 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0 0.7 1 1.3 MKS Modell Ballbeobachter 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 x-Ballposition [m] z-Ballposition [m] Zeit [sec] Zeit [sec] Modellbasierter Entwurf zur Absicherung des Konzepts und zur Auswahl von LE Dipl.-Ing. Viktor Just Fachgruppe Regelungstechnik und Mechatronik Heinz Nixdorf Institut Universität Paderborn E-Mail: [email protected] Kinematik Antrieb 1 Antrieb 2 Antrieb 3 Rahmen K Lösungs- muster Ideal. Modell LM-Ontologie Simulationsergebnisse Teilautomatisiert generiertes Simulationsmodell der Strecke (Ausschnitt) Idealisiertes Dynamikmodell des Gesamtsystems inkl. erster Regelung (Prinzipskizze) Beobachter Voraus- berechnung , Δ Vor- steuerung und Regler Sensierung und direkte Kinematik Beobachterentwurf und idealisierte Roboterkinematik Prognose Stoß- beobachter servodrive Phi Omega emf K M ground signalC angle sensor K( R T s+1) N T s N PI controller der P controller inertia J feedback1 -1 + -1 limit firstOrder T i omega flange phi s Add -1 + K V feedback -1 + Anti-Wind-Up -1 Idealisiertes LM-Modell eines Servoantriebs Linienkontakt (2 Kontaktpkt.) Flächenkontakt (4 Kontaktpkt.) b) c) a) Punktkontakt (1 Kontaktpkt.) Kontaktmodelle LM-Modelle Idealisierte Kontaktmodelle für einfache Geometrien Eigenschaften: Wiedergabe des physikalischen Prinzips Grundsätzliche dynamische Effekte Abbildung der Grenzen der Technologie Wenige, leicht zu setzende Parameter Überschlägige Berechnung für übrige Parameter Interface-Modell vererbt Schnittstellen Austausch von Modellen mit unter- schiedlichem Detaillierungsgrad möglich Idealisierter Regelungsentwurf Modellbibliothek Simulation Modellbasierte Absicherung des Konzepts Idealisierter Steuerungs- und Regelungsentwurf Teilautomatisierte Generierung des idealisierten Gesamtsystemmodells mithilfe von Wirkstruktur, Gestaltmodell und intelligenter Modelldatenbank Simulationsmodelle sind idealisiert und geben das grundlegende physikalische Prinzip wieder Modellbasierte Analyse der Systemdynamik zur Überprüfung der prinzipiellen Funktionsfähigkeit Systemauslegung LE-Suche Antriebsparameter Bewegungsprofile Dymola-Ontologie-Plug-In servodrive Phi Omega Ideal. Servomotor-Modell LE-Ontologie Lösungs -element Lösungs- element Lösungs- element detail. Modell Detailliertes Modell Vor- steuerung und Regler Stellglieder Prognose Erste Reglerauslegung & Machbarkeitsanalyse Auswahl von Lösungselementen (LE) Systemauslegung am ideal. Modell Semantische Suche nach LE Automatisierter Austausch durch detaillierte LE-Modelle , , . , . ∆ℎ . , , . . , , . , . . ̂ , . , . , , , Stellglieder und inverse Kinematik ∆ℎ ,

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ENTwurfstechnik Intelligente MEchatronik

ANSPRECHPARTNER GEFÖRDERT VON

Idealisiertes Dynamikmodell

Delta-Roboter

0.20.40.60.81.01.21.4

00.7

1

1.3MKS ModellBallbeobachter

0 1 2 3 4 5Zeit [sec]

0 1 2 3 4 5Zeit [sec]

x-Ba

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[m]

z-Ba

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[m]

Zeit [sec] Zeit [sec]

Modellbasierter Entwurf zur Absicherung des Konzepts und zur Auswahl von LE

Dipl.-Ing. Viktor Just Fachgruppe Regelungstechnik und Mechatronik Heinz Nixdorf Institut Universität Paderborn E-Mail: [email protected]

Kinematik

Antrieb 1

Antrieb 2

Antrieb 3

Rahmen

K

Lösungs-muster

Ideal. Modell

LM-Ontologie

Simulationsergebnisse

Teilautomatisiert generiertes Simulationsmodell der Strecke (Ausschnitt)

Idealisiertes Dynamikmodell des Gesamtsystems inkl. erster Regelung (Prinzipskizze)

Beobachter Voraus-berechnung

𝐹

𝑥𝐵𝐵𝐵𝐵

𝜑𝑆𝑆𝐵𝐵 , 𝑣𝑆𝑆𝐵𝐵

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Vor- steuerung und Regler

Sensierung und

direkte Kinematik

Beobachterentwurf und idealisierte Roboterkinematik

Prognose Stoß-

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-1

Idealisiertes LM-Modell eines Servoantriebs

Linienkontakt (2 Kontaktpkt.)

Flächenkontakt (4 Kontaktpkt.)

b) c) a)

Punktkontakt (1 Kontaktpkt.)

Kontaktmodelle

LM-Modelle

Idealisierte Kontaktmodelle für einfache Geometrien

Eigenschaften: Wiedergabe des physikalischen Prinzips Grundsätzliche dynamische Effekte Abbildung der Grenzen der Technologie Wenige, leicht zu setzende Parameter Überschlägige Berechnung für übrige

Parameter Interface-Modell vererbt Schnittstellen Austausch von Modellen mit unter- schiedlichem Detaillierungsgrad möglich

Idealisierter Regelungsentwurf

Modellbibliothek

Simulation

Modellbasierte Absicherung des Konzepts Idealisierter Steuerungs- und Regelungsentwurf Teilautomatisierte Generierung des idealisierten

Gesamtsystemmodells mithilfe von Wirkstruktur, Gestaltmodell und intelligenter Modelldatenbank

Simulationsmodelle sind idealisiert und geben das grundlegende physikalische Prinzip wieder

Modellbasierte Analyse der Systemdynamik zur Überprüfung der prinzipiellen Funktionsfähigkeit

Systemauslegung LE-Suche

Antriebsparameter

Bewegungsprofile

Dymola-Ontologie-Plug-In servodrive

Phi

Omega

Ideal. Servomotor-Modell

LE-Ontologie

Lösungs-element

Lösungs-element

Lösungs-element

detail. Modell

Detailliertes Modell

Vor- steuerung und Regler

Stellglieder

Prognose

Erste Reglerauslegung & Machbarkeitsanalyse

Auswahl von Lösungselementen (LE) Systemauslegung am ideal. Modell Semantische Suche nach LE Automatisierter Austausch durch

detaillierte LE-Modelle

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