Modellbildung, Identifikation und Regelung des Systems und Entwicklung einer grafischen Bediensoftware
Dynamische Prüfstände mit leistungsfähigen Aktoren ermöglichen die Verlagerung von Tests und Entwicklungsarbeit ins Labor. Frei definierbare und reproduzierbare Testbedingungen tragen zur Effizienzsteigerung bei. Damit diese Tests möglich werden, sind die Prüfstandsaktoren hochdynamisch zu Regeln.
Modellbildung und Parameteridentifikation
Zunächst wurden detaillierte Modelle für Prüfstandsmechanik sowie Aktorik und Sensorik in MATLAB/ Simulink erstellt. Diese enthalten neben allen relevanten Nichtlinearitäten auch Effekte wie Totzeiten und Quantisierung der Messsignale. Für die Bedatung wurden Messungen am System durchgeführt und im Frequenz- und Zeitbereich ausgewertet. Der Einsatz etablierter Optimierungsverfahren zur Parameteranpassung gewährleistet ein hohes Maß an Übereinstimmung von Simulation und Messung. Mit weiteren Messungen wurde das nichtlineare Simulationsmodell validiert.
Regelung
Für das volle Testspektrum werden verschiedene Kraft- und Lageregler für die Lastaktoren und den Lenkroboter benötigt. Implementiert wurden klassische und optimale beobachterbasierte Zustandsregelungen, ergänzt um Aufschaltung von Führungs-und Störgrößen. Weiterhin wurden Regler um nichtlineare Elemente erweitert, um gezielt Nichtlinearitäten der Regelstrecke entgegenzuwirken und so die gewünschte Regelgüte zu erzielen. Die Regler werden modellbasiert anhand zugeschnittener linearer Modelle entworfen und analysiert. Das validierte Simulationsmodell ermöglicht den Test der Regelung unter realistischen Bedingungen bereits vor der Implementierung.
Implementierung
Die Regler werden auf einem leistungsfähigem dSPACE Prozessorboard mit zugehörigen I/O-Schnittstellenkarten implementiert. Das Echtzeitblockdiagramm ist modular aufgebaut. Es enthält neben den Reglern unter anderem Module für die Erzeugung der Anregungssignale, die Experimentsteuerung und eine Sicherheitsumgebung. Als Anregungssignale können verschiedene synthetische und gemessene Signale verwendet werden. Die Sicherheitsumgebung überwacht den Prüfstand und schaltet diesen in Notsituationen ab. Die gesamte Experimentsteuerung ist in einem Zustandsautomaten realisiert.
Bediensoftware
Entwurf und Analyse der verschiedenen Regler erfolgt komfortabel und reproduzierbar über eine grafische Oberfläche. Um die Regler bei Bedarf an Varianten des zu testenden Lenksystems anzupassen, ist eine automatisierte Parameteridentifikation integriert worden.
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