Modulare, autonom-adaptive Schwingungskompensation an Werkzeugmaschinen mit Fachwerkkomponenten
Beschreibung
Die wachsende Nachfrage nach hochproduktiven Werkzeugmaschinen, die in der Lage sind schnell und präzise vorgegebenen Trajektorien zu folgen, hat zur Entwicklung neuer Maschinentypen wie den parallelen und hybriden Kinematiken und dem Einsatz neuer Technologien wie Lineardirektantrieben und Leichtbaustrukturen gefürt.
Zusammen mit diesen neuen Konzepten müssen andere Strategien zur Positionsregelung eingesetzt werden, da die Bewegungsgleichungen aufgrund der hohen Geschwindigkeiten und der grossen Bewegungen der Maschinen in nichtlinearer Form benutzt werden müssen.
Ausserdem ist die Gültigkeit der üblichen Annahme, das die einzelnen Antriebe getrennt positionierbar sind, fraglich.
Darüber hinaus werden aufgrund der Leichtbauweise und der gewünschten hohen Dynamik auch die elastischen Eigenschaften der Maschinenkomponenten wichtig.
Daher sind hierarchische Reglungskonzepte die nichtlineare Regler für die Positionsregelung mit Methoden der aktiven Schwingungsdämpfung kombinieren eine vielversprechendes Konzept um das gewünschte Maschinenverhalten zu erreichen.
Das hier untersuchte System ist eine high-performance Werkzeugmaschine zur Bearbeitung flächiger Werkstücke, z.B. dem Fräsen von Holzplatten.
Sie wurde am Institut für Werkzeugmaschinen an der Universität Stuttgart gebaut.
Die Maschine ist eine hybride Kinematik bestehend aus einem scherenartigen, parallelen Teil für die Bewegung in der xy-Ebene und einer seriellen Achse fü die Bewegung in z-Richtung.
Im Rahmen dieses Projektes soll - basierend auf einem elastischen Mehrköpersystem - ein Regelungskonzept für die aktive Vibrationsdämpfung entwickelt werden, das zusätzlich zur Positionsregelung an der Werkzeugmaschine implementiert werden soll.
Vor der eigentlichen Implementierung wird anhand von Simulationen das Vibrationsverhalten der Werkzeugmaschine näher untersucht und verschiedene Regelungskonzepte getestet wie modale, wellenfluss- oder flachheitsbasierte Strategien.
Zusammen mit einer nichtlinearen Positionsregelung (z.B. flachheitsbasiert) in einem hierarchischen Regelungssystem ist die aktive Vibrationsdäpfung eine interessantes Konzept um die Leistung der Werkzeugmaschine zu verbessern.
Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) von Prof. Heisel und dem Institut für Technische und Numerische Mechanik durchgefürt.
Experimentelle Arbeiten finden am IfW statt, die Modellbildung, Simulationen und die verschiedenen Reglerentwürfe am Institut für Technische und Numerische Mechanik.
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