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Antriebsbasierte Schwingungsdämpfung für Werkzeugmaschinen und Fahrzeugantriebe

ISBN: 978-3-86359-522-7

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Kurzübersicht

In dieser Dissertation werden Algorithmen zur regelungstechnischen Reduktion der Schwingungen in mechatronischen Systemen erarbeitet und am Beispiel einer Werkzeugmaschine sowie eines Elektrofahrzeugs näher untersucht. Es zeigt sich, dass die gleiche prinzipielle Reglerstruktur sowohl zur Bedämpfung der ersten Eigenfrequenz des Lageregelkreises einer Werkzeugmaschine wie auch zur Verbesserung des niederfrequenten Schwingungsverhaltens eines Elektrofahrzeugs geeignet ist.

Antriebsbasierte Schwingungsdämpfung für Werkzeugmaschinen und Fahrzeugantriebe

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Details

In dieser Dissertation werden Algorithmen zur regelungstechnischen Reduktion der Schwingungen in mechatronischen Systemen erarbeitet und am Beispiel einer Werkzeugmaschine sowie eines Elektrofahrzeugs näher untersucht.

Mechatronische Systeme besitzen stets Eigenfrequenzen, die je nach Ausprägung zu Schwingungen im System führen können. Bei Werkzeugmaschinen können etwa beim Verfahren einer Achse Schwingungen auftreten, die den Prozess stören und zu einer schlechteren Bearbeitungsqualität oder gar zu Kollisionen zwischen Werkzeug und Werkstück führen. Im Fahrzeug können niederfrequente Drehschwingungen im Antriebsstrang zu einem Ruckeln führen, welches sich insbesondere beim Anfahren sowie bei abrupten Lastwechseln bemerkbar macht. Dadurch wird nicht nur der Fahrkomfort negativ beeinträchtigt – Schwingungen können darüber hinaus zu einem erhöhten Ausfallrisiko der betroffenen Komponenten führen.

Vor der Entwicklung einer Reglerstruktur, die diese Schwingungen reduzieren soll, werden zunächst Simulationsmodelle aufgebaut, die die zu betrachtenden Schwingungsphänome bei Werkzeugmaschinen und Elektrofahrzeugen abbilden. Bei der Werkzeugmaschine ist dies die erste Eigenfrequenz des Lageregelkreises einer Vorschubachse; beim Fahrzeug die niederfrequente Torsionsmode des Antriebsstrangs bestehend aus E-Maschine, Getriebe, Seitenwellen und Rädern.

Im Anschluss wird zunächst ein Algorithmus aus der Klasse der Optimalregler für die Werkzeugmaschine entworfen und simulativ untersucht, der daraufhin für die Anwendung im Fahrzeug angepasst wird. Zum Vergleich werden für das Elektrofahrzeug weitere Reglervarianten entwickelt. Die schwingungsdämpfende Wirkung wird schließlich am Beispiel eines Dreh-Bohr-Fräs-Bearbeitungszentrums sowie an zwei Ausbauzuständen eines Antriebsstrangprüfstands für E-Fahrzeuge verifiziert.

Es zeigt sich, dass der für die Werkzeugmaschine entworfene Regler die erste Eigenfrequenz des Lageregelkreises sinnvoll bedämpfen kann. Darüber hinaus ist er, nach einer Anpassung der Parameter, in der Lage, auch das niederfrequente Schwingungsverhalten eines Elektrofahrzeugs zu verbessern.

Zusatzinformation

Autor Gsell, Stephan Cornelius
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-522-7
Gewicht 0.260 kg
Erscheinungsdatum 13.06.2017
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