antriebstechnik 10/2021

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 03 Versuchsstand zur Validierung des Reglers 04 Steigerung der Regelgüte Vereinfachung auf einen Einstellparameter ist ein Optimum bei der Reglerinbetriebnahme schnell gefunden. Zur Validierung wurde der Sliding-Mode-Lageregler implementiert und am Versuchsstand getestet (Bild 03). Beim Versuchsstand handelt es sich um einen Steinmeyer-Kugelgewindetrieb 3526/40.40.6.3 mit einem Vorschubweg von 751 mm und Spindeldurchmesser und -steigung von 40 mm, einen Tisch mit einer Masse von rund 400 kg, einen Siemens- Servomotor 1FT7085-7WF71-1ML1 mit 38 Nm Nenndrehmoment und ein direktes Lagemessystem mit 250 µm Auflösung von Heidenhain. Angesteuert wird der Versuchsstand aus einem Rapid-Prototyping-System von dSPACE. Zum Aufbringen von Störkräften ist ein zusätzlicher Lineardirektantrieb unter dem Tisch angebracht. Der vergleichende Kaskadenregler wurde nach dem Stand der Technik so optimiert, dass der Geschwindigkeitsregel- 58 antriebstechnik 2021/10 www.antriebstechnik.de

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG kreis bei ausreichender Dämpfung (D = 0.5) schnellstmöglich reagiert und die Lageregelung ein überschwingfreies Positionieren gewährleistet. Hieraus resultieren Regelverstärkungen des Lagereglers K v = 50 1/s sowie des Geschwindigkeitsreglers K p = 175 1/s und T n = 0.18 ms. Zusätzlich wird die Sollgeschwindigkeit vorgesteuert, um den Schleppfehler zu verringern. Auf Bild 04 ist der Regelfehler für eine simulierte High-Speed- Cutting-Fahrt (HSC) in niedrigfestem Stahl abgebildet. Der Tisch verfährt dabei recht dynamisch mit einer Geschwindigkeit von 0.5 m/s und einer maximalen Beschleunigung von 8 m/s 2 . Die Fräskräfte werden aus einem Fräsmodell für HSC-Umfangfräsen mit einem Fräskopf mit vier Zähnen und 20 mm Durchmesser, einer Spindeldrehzahl von ~25 000 U/min einer Schnittbreite von 2 mm und Zustellung von 0.5 mm simuliert und über den Lineardirektantrieb als Störkräfte auf den Tisch eingebracht. Es zeigt sich, dass der Sliding-Mode-Lageregler sowohl in den dynamischen Beschleunigungs- und Bremsphasen zu Beginn und am Ende deutlich geringere Fehler aufweist, als auch die Positionsabweichung während dem Fräsen signifikant reduzieren kann, da durch Berücksichtigung von Geschwindigkeit und Beschleunigung im Regelgesetz früher auf Abweichungen reagiert werden kann. Insgesamt lässt sich mit dem vorgestellten Sliding-Mode-Lageregler die Regelperformance deutlich steigern – insbesondere bei hochdynamischen Fahrten werden die Vorteile deutlich. Durch das Beibehalten der Kaskadenregelung und die Vereinfachung auf einen Einstellparameter des Lagereglers bleibt der Inbetriebnahmeaufwand dabei vergleichbar. DIE AUTOREN M. Sc. Christoph Hinze Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen, Universität Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl Institutsleitung am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen, Universität Stuttgart IMPRESSUM erscheint 2021 im 60. Jahrgang, ISSN 0722-8546 / ISSN E-Paper: 2747-7991 REDAKTION Redakteure: Miles Meier (mm), Tel.: 06131/992-208, E-Mail: m.meier@vfmz.de (verantwortlich i.S.d. § 18 Abs. 2 MStV) Vanessa Weingärtner (wv), Tel.: 06131/992-352, E-Mail: v.weingaertner@vfmz.de Redaktionsassistenz: Melanie Lerch, Tel.: 06131/992-261, Petra Weidt, Tel.: 06131/992-371, Ulla Winter, Tel.: 06131/992-347, E-Mail: redaktionsassistenz_vfv@vfmz.de, (Redaktionsadresse siehe Verlag) GESTALTUNG Anette Fröder, Sonja Daniel, Conny Grothe SALES Oliver Jennen, Tel.: 06131/992-262, E-Mail: o.jennen@vfmz.de Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206, E-Mail: a.zepig@vfmz.de Anzeigendisposition: Heike Rauschkolb, Tel.: 06131/992-241, E-Mail: h.rauschkolb@vfmz.de Anzeigenpreisliste Nr. 58: gültig ab 1. Oktober 2021 LESERSERVICE vertriebsunion meynen GmbH & Co. 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