KOMPONENTEN UND GRUNDFUNKTIONALITÄTEN
Der speziell für prüftechnische Regelungsanwendungen konzipierte und erprobte Regelalgorithmus gewährleistet durch einen anschaulich, einstellbaren Parametersatz eine hohe Effizienz hinsichtlich Regelgüte und Bedienfreundlichkeit. Eine zusätzliche Steigerung der Leistungsfähigkeit der Regelung wird durch erprobte, modellgestützte regelungstechnische Verfahren, wie Vorsteuerung (Feedforward Control), Massenträgheits- und Schwingkompensation sowie adaptive Regelung (Gain Boost) erreicht.
Für höherfrequente regelungstechnische Anwendungen stehen darüber hinaus regelungstechnische Maßnahmen, wie die Vorfiltertechnik (Inverse Control) und das RPC-Verfahren (Remote Parameter Control) zur Verfügung, die auf der mittels Signalanregung identifizierten Übertragungsmatrix der Regelstrecke basieren. Diese sind für die Reproduktion von anspruchsvollen Nachfahrprofilen oder Zeitsignalen an Prüfständen unerlässlich.
Im System ist weiterhin ein Mehrkanal-Funktionsgenerator mit folgenden Ausstattungsmerkmalen integriert:
- vielfältig konfigurierbare Kurven- und Anregungsformen,
Signalfrequenz bis 150 Hz
- Frequenz- und Phasenwobbeln
- Spitzenwertregelung
- Überlagerung von höherfrequenten mit niederfrequenten Signalen.
Ein vollautomatisierter, stabiler Betriebsablauf wird durch folgende Verfahren und Ablaufsteuerungen gewährleistet.
- Grenzwert- und Nachfahrüberwachung
- Spitzenwertüberwachung
- Konfigurierbare Aktionen für Grenzwerterkennung
- Aktivier- und Abschaltprozeduren
- Ablaufsteuerungen und wichtige Betriebsmoden
- Bis zu 300 konfigurierbare Überwachungskontakte
- Statischer Betrieb, Slow-Motion-Betrieb
- Regelung und Überwachung pneumatischer Subsysteme
- dynamische Messdatenerfassung
- Schnittstelle zu externer, statischer Messdatenerfassung
Die Struktur des Reglers setzt sich aus der Grundeinheit (GE), der Messeinheit (ME) und den Regeleinheiten (ZE) zusammen. Diese Einheiten sind untereinander durch ein Echtzeit-Kommunikationssystem verbunden.
Eine Regeleinheit, ist standardmäßig verfügbar:
- Variante 1: als Geräteeinheit mit bis zu vier Regel- und Überwachungskanälen bei einer Abtastfrequenz des Regelkreises von bis zu 2000 Hz.
- Variante 2: als Einheit bis zu zehn Regel- und Überwachungskanälen bei einer Abtastfrequenz des Regelkreises von 500 Hz.
Die eingesetzten Prozessor- und Peripherieeinheiten sind identisch und können untereinander ausgetauscht werden. Die Messeinheit dient zur Messdatenerfassung, der Post Mortem Analyse und zur Kommunikation mit dem Touchpanel.
FELDEBENE
Das Regelsystem wird in modularer Struktur als Feldeinheiten und als kundenspezifisch konzipierte Schankeinheiten angeboten. Somit sind nahezu beliebig erweiterbare lineare oder sternförmige Topologien realisierbar. Der Vorteil für den Anwender besteht darin, dass die Regeleinheiten im Feld in unmittelbarer Nähe der Aktuatoren und Sensoren platziert werden können. Die Regeleinheiten sind durch ein Echtzeit-Kommunikationssystem, welches simultan als Anlagen- und als Feldbus dient, miteinander verbunden. Der Verkabelungsaufwand wird somit auf ein Minimum reduziert. Die modulare Erweiter- sowie Austauschbarkeit ("plug and play") von Regeleinheiten ist standardmäßig verfügbar.
LEITEBENE
Die Multiprojektfähigkeit der Leitebene ermöglicht die effiziente Realisierung von Multiprojektanwendungen durch das Steuer- und Überwachungssystem. Eine anwendungsorientierte Skalierbarkeit des Regelsystems sowie die Multiprojektfähigkeit der Leitebene gewährleisten eine effiziente Bedienbarkeit.
- aktuelle Ereignisse des Regelprozesses werden in einem Protokollfenster visualisiert
- Speicherung aller Ereignisse für eine lückenlose Darstellung
- Umfassende Visualisierungs- und Analysemöglichkeiten von Zeitsignalen sowie Feintuning des Regelsystems mittels online und offline Visualisierungstools
- Optional ist die Bedienung des Reglers ohne PC mit einem Touchpanel oder einer speicherprogrammierten Steuerung (SPS) möglich. Im Falle der SPS oder eines externen Bedienpanels erfolgt die Ausführung der Kommandos über eine digitale/analoge Ein-/Ausgabeschnittstelle des Reglers. Auf Basis des aktuellen Prozesszustandes können "von extern" beliebige benutzerdefinierte Betriebsmoden und Ablaufsteuerungen in Echtzeit umgesetzt werden, um so ein stabiles "Scripting" zu realisieren.
MODELLGENERIERUNG
Die easy-to-use FE-Modellgenerierungsumgebung, bietet dem Anwender die Möglichkeit das physikalische Modell der Regelstrecke in anschaulicher Weise zu erstellen. Der Modellaufbau erfolgt hierbei nach dem Baukastenprinzip, so dass der Anwender ohne Erfahrungen der FEM-Modellierungstechniken schnell und effizient zum Ziel gelangt.
Durchführung:
Die Bibliothek ist mit den wichtigsten Modellklassen und einem optimierungsgestützten Modeller ausgestattet. Der Anwender spezifiziert mittels graphischer Eingabe fundamentale geometrische Größen des mechanischen Systems sowie die Lage der Auflagerungen und der Aktuatoren.
Anschließend erfolgt der automatische Modellabgleich über die optimierungsgestützte Modellidentifikation, wobei Schätzungen charakteristischer Eigenschaften des mechanischen Systems (Biegelinien, Massen, gegebenenfalls Eigenfrequenzen und Trägheitstensor) vom Anwender spezifiziert werden. Die Anpassung des physikalischen Modells erfolgt vollautomatisch auf Basis numerischer Optimierungsmethoden.
Ergebnis:
- Das resultierende, nichtlineare Modell der Regelstrecke ist in hohem Maße skalierbar und somit im Rahmen der zugrundeliegenden regelungstechnischen Anwendung flexibel einsetzbar.
- Das Modell der Regelstrecke steht bereits in einer frühen Projektphase für eine Auslegungsoptimierung der Anlage zur Verfügung.
- Im Rahmen einer Systemsimulation wird über das Modellübertragungsverhalten eine fundierte Auslegung der Druckölversorgung und des Gerüstaufbaus erreicht.
- Bei höherfrequenten regelungstechnischen Anwendungen (Schwingprüfstände, Realisierung von komplexen Straßennachfahrprofilen an Fahrzeugprüfstände) kommt im regelungstechnischen Betrieb statt des physikalischen Modells, die durch Streckenanregung erzeugte Übertragungsmatrix der Regelstrecke zum Einsatz.
SYSTEMSIMULATION
Die Systemsimulation basiert auf dem Modell der Regelstrecke und setzt sich aus den folgenden Verfahren zusammen:
- die automatisierte Entwurfsoptimierung des Regelsystems
- die Trajektorien-Optimierung zur Generierung des zeitoptimalen (profiloptimierten) Ansteuersignals
- das RPC-Verfahren zur Optimierung des Ansteuersignals bei höherfrequenten Regelungsanwendungen
- automatische Voroptimierung der RPC-Signale auf der Basis des physikalischen Prüfstandmodells
- einen Signaleditor für RPC-Signale; PSD, Rainflow-Klassierungen und Schädigungsrechnungen
- das Analyse- und Entwurfswerkzeug zur Auslegung des hydraulischen Antriebssystems
Das Werkzeug für die Entwurfsoptimierung des Regelsystems generiert automatisch eine stabile Voreinstellung der Regelparameter für das Steuer- und Überwachungssystem. Dies ermöglicht eine besondere effiziente Feinoptimierung des Reglers durch den Operateur und was zum hohen Automatisierungsgrad unseres Steuer- und Überwachungssystems wesentlich beiträgt.
Ein ausfallsicherer Betrieb von komplexen, großtechnischen Regelprozessen bei hoher dynamischer Betriebsgeschwindigkeit erfordert einen hinsichtlich der technischen Rahmenbedingungen optimierten zeitlichen Verlauf der Ansteuersignale (Führungsgrößen- bzw. Sollwertverlauf). Diese Anforderung wird durch das numerische Verfahren der Trajektorienoptimierung erfüllt. Die Trajektorienoptimierung berechnet vollautomatisch, zu einem Sollwertprogramm (Belastungsprogramm) und den anwendungsspezifischen technischen Beschränkungen der Regelungsanwendung, auf Basis des Streckenmodells, das zeitoptimale Ansteuersignal.
Technische Beschränkungen:
- Grenzen für zulässige Kolbengeschwindigkeiten
- Beschleunigungen* und Trägheitskräfte
- Leistungsgrenzen des servo-hydraulischen Antriebssystems und pneumatischer Subsysteme
*Beschleunigungsbeschränkungen werden automatisch per Voreinstellung durch einen Voroptimierungslauf bestimmt. Kritische Beschleunigungsspitzen im Führungsgrößenverlauf lassen sich somit generell vermeiden.
Die Optimierung des Ansteuersignals erfolgt bei:
- niederfrequenten regelungstechnischen Anwendungen mittels des Verfahrens der Trajektorienoptimierung.
- höherfrequenten regelungstechnischen Anwendungen mittels des RPC-Verfahrens.
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Premium Controller Modular 200/40: Regeleinheit (Modul) |
Premium Controller Modular 200/40: Grund- und Messeinheit |
Controller Basic Modular 40: Grund- und Messeinheit mit Touch
Controller Basic Modular 40: Regeleinheit
Controller Basic Modular 40: Regeleinheit (offen)
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