antriebstechnik 5/2023

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG FÖRDERUNG Die Autoren danken dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg (MWK) für die finanzielle Unterstützung des Innovations- Campus Mobilität der Zukunft (ICM). eine geringe Genauigkeit vorhersagt, das analytische Whitebox- Modell als Fallback-Lösung zur Steuerung und Regelung verwendet werden, um die robuste Stabilität auch in Bereichen zu garantieren, in denen bisher wenige Trainingsdaten vorliegen. INTEGRATION IN DIE NUMERISCHE STEUERUNG Bei der praktischen Anwendung des Verfahrens ist die Integration in die Steuerung eine besondere Herausforderung. Einerseits müssen die dynamischen Fehler für Anregungstrajektorien aufgezeichnet und aus der Steuerung heraus für das Training der Machine-Learning-Pipelines zur Verfügung gestellt werden. Andererseits müssen die Greybox-Modelle, inklusive Machine- Learning-Teil in Echtzeit im Steuerungstakt ausführbar sein. Dies beschränkt die mögliche Komplexität der Modelle in Abhängigkeit von der verfügbaren Rechenleistung der Steuerung. Wie in Abbildung 1 gezeigt, werden spezielle Signale zur Anregung der Maschinenstruktur generiert und an die Steuerung übertragen. Über eine angebundene Zeitreihendatenbank werden während der Ausführung der Anregungstrajektorien die Messwerte aller Antriebe im Steuerungstakt (> 1 kHz) zusammen mit den Sollsignalen aufgezeichnet und zur weiteren Analyse gespeichert. Um das Aufschalten zusätzlicher Kompensationssignale zu ermöglichen, wurde die Feldbuskommunikation erweitert – eine Schnittstelle, die die meisten Umrichter bereits heute unterstützen. Zusätzliche zu messende Signale, wie die tatsächlichen Drehmomente der Motoren, werden ebenfalls auf dem Feldbus veröffentlicht. Für die Zusammenarbeit mit Machine-Learning-Experten findet die komplette Machine-Learning- Pipeline in Python statt und ist von den Echtzeitanforderungen der Steuerung entkoppelt. Hier sind auch die gängigen Toolboxen, wie Pytorch oder Keras direkt verfügbar. Die so gewonnenen Greybox-Modelle werden auf ihre robuste Stabilität und echtzeitfähige Ausführbarkeit überprüft, dann in ein spezielles Austauschformat konvertiert und auf der Steuerung von einer echtzeitfähigen Engine im Steuerungstakt ausgeführt. Die Verbesserungen im Schleppfehler einer Achse sind für einen modellbasierten Regler in Bild 02 dargestellt. Der Fehler des Standardreglers (schwarz) wird schon durch den Einsatz des modellbasierten Reglers wesentlich reduziert (dunkelblau, gestrichelt). Durch Aufnehmen der Messdaten und datengetriebenes Tuning (hellblau), lässt sich der Fehler in den ersten und letzten 0,2 Sekunden allein durch die Parametrierung weiter verringern, ohne Änderungen an der Hardware vornehmen zu müssen. Die optimierte Performance in Bild 03 zeigt, dass der Regler auf maximale Dynamik unter maximal tolerierbarem Überschwingen optimiert wurde. Die Stabilität ist dabei durchweg sichergestellt. AUSBLICK Erste Ergebnisse der Greybox-Modellierung, also der analytischen Formulierung der dynamischen Modelle und des datenbasierten Nachtrainierens von verbleibenden Restfehlern, zeigen vielversprechende Resultate. Weitere Forschung auf diesem Gebiet wird es ermöglichen Antriebe dynamischer zu verfahren, indem genauere Modelle der Wirkzusammenhänge des Mechanikverhaltens vorliegen. Zukünftige Forschungsschwerpunkte werden dabei die Koppeleffekte zwischen verbundenen Achsen und die automatische Modellgenerierung aus bereits vorhandenen Daten sein. Bilder: ISW Stuttgart www.lageregelseminar-stuttgart.de IMPRESSUM erscheint 2023 im 62. Jahrgang, ISSN 0722-8546 / ISSN E-Paper: 2747-7991 REDAKTION Chefredakteur: Miles Meier (mm), Tel.: 06131/992-208, E-Mail: m.meier@vfmz.de (verantwortlich i.S.d. § 18 Abs. 2 MStV) Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Guido Matthes (gm), Tel.: 06131/992-351, E-Mail: g.matthes@vfmz.de Redaktionsassistenz: Vivien Backof, Tel.: 06131/992-415, Melanie Lerch, Tel.: 06131/992-261, Petra Weidt, Tel.: 06131/992-371, 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 Auftragsmanagement: Heike Rauschkolb, Tel.: 06131/992-241, E-Mail: h.rauschkolb@vfmz.de Anzeigenpreisliste 2023, gültig ab 01.10.2022 LESERSERVICE vertriebsunion meynen GmbH & Co. KG, Große Hub 10, 65344 Eltville, Tel.: 06123/9238-266 Bitte teilen Sie uns Anschriften- und sonstige Änderungen Ihrer Bezugsdaten schriftlich mit (Fax: 06123/9238-267, E-Mail: vfv@vertriebsunion.de). Preise und Lieferbedingungen: Einzelheftpreis: € 16,50 (zzgl. Versandkosten) Jahresabonnement Inland: € 160,- (inkl. Versandkosten) Jahresabonnement Ausland: € 175,- (inkl. Versandkosten) Abonnements verlängern sich automatisch um ein weiteres Jahr, wenn sie nicht spätestens vier Wochen vor Ablauf des Bezugsjahres schriftlich gekündigt werden. VERLAG Vereinigte Fachverlage GmbH Lise-Meitner-Straße 2, 55129 Mainz Postfach 100465, 55135 Mainz Tel.: 06131/992-200 E-Mail: info@vfmz.de www.vereinigte-fachverlage.de Handelsregister-Nr.: HRB 2270, Amtsgericht Mainz Umsatzsteuer-ID: DE149063659 Ein Unternehmen der Cahensly Medien Geschäftsführer: Dr. Olaf Theisen, Matthias Niewiem Verlagsleiter: Dr. Michael Werner, Tel.: 06131/992-401 Chef vom Dienst: Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer Leitende Chefredakteurin: Dipl.-Ing. (FH) Nicole Steinicke Head of Sales: Carmen Nawrath Tel.: 06131/992-245, E-Mail: c.nawrath@vfmz.de (verantwortlich für den Anzeigenteil) Vertrieb: Sarina Granzin, Tel.: 06131/992-148, E-Mail: s.granzin@vfmz.de DRUCK UND VERARBEITUNG Westdeutsche Verlags- und Druckerei GmbH Kurhessenstraße 4 - 6, 64546 Mörfelden-Walldorf DATENSPEICHERUNG Ihre Daten werden von der Vereinigte Fachverlage GmbH gespeichert, um Ihnen berufsbezogene, hochwertige Informationen zukommen zu lassen. Sowie möglicherweise von ausgewählten Unternehmen genutzt, um Sie über berufsbezogene Produkte und Dienstleistungen zu informieren. Dieser Speicherung und Nutzung kann jederzeit schriftlich beim Verlag widersprochen werden (vertrieb@vfmz.de). Die Zeitschrift sowie alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Mit der Annahme des redaktionellen Contents (Texte, Fotos, Grafiken etc.) und seiner Veröffentlichung in dieser Zeitschrift geht das umfassende, ausschließliche, räumlich, zeitlich und inhaltlich unbeschränkte Nutzungsrecht auf den Verlag über. Dies umfasst insbesondere das Recht zur Veröffentlichung in Printmedien aller Art sowie entsprechender Vervielfältigung und Verbreitung, das Recht zur Bearbeitung, Umgestaltung und Übersetzung, das Recht zur Nutzung für eigene Werbezwecke, das Recht zur elektronischen/digitalen Verwertung, z. B. Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen, zur Veröffentlichung in Datennetzen sowie Datenträger jedweder Art, wie z. B. die Darstellung im Rahmen von Internet- und Online-Dienstleistungen, CD-ROM, CD und DVD und der Datenbanknutzung und das Recht, die vorgenannten Nutzungsrechte auf Dritte zu übertragen, d. h. Nachdruckrechte einzuräumen. Eine Haftung für die Richtigkeit des redaktionellen Contents kann trotz sorgfältiger Prüfung durch die Redaktion nicht übernommen werden. Signierte Beiträge stellen nicht unbedingt die Ansicht der Redaktion dar. Für unverlangt eingesandte Manuskripte kann keine Gewähr übernommen werden. Grundsätzlich dürfen nur Werke eingesandt werden, über deren Nutzungsrechte der Einsender verfügt, und die nicht gleichzeitig an anderer Stelle zur Veröffentlichung eingereicht oder bereits veröffentlicht wurden. Datenschutzerklärung: ds-vfv.vfmz.de Es gelten die allgemeinen Geschäftsbedingungen. Mitglied der Informations-Gemeinschaft zur Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern e. V. (IVW), Berlin. 42 antriebstechnik 2023/05 www.antriebstechnik.de