Positionsregelung eines servopneumatischen Linearantriebs

Die Zielsetzung dieses Versuches ist das Kennenlernen und Analysieren einer Problemstellung an einem industrienahen Versuchsaufbau, eines servopneumatischen Linearantriebs (SPLA).

Aufgabe ist die Positionsregelung des servopneumatischen Antriebs.

Dazu wird mittels eines während des Versuches erstellten Bode-Diagramms ein lineares Modell für den servopneumatischen Antrieb erstellt.
Mit diesem Modell wird ein linearer Regler entworfen, der die Position des Linearantriebs einregelt. 

Problem bei der Modellbildung ist die nichtlineare Reibung des Linearantriebs.

Durchführung/Beschreibung

Jede Gruppe besteht aus 4-5 Teilnehmern. Jeder Teilnehmer fertigt während des Praktikumsversuchs ein Versuchsprotokoll an, in dem alle vorgenommenen Schritte und Ergebnisse beschrieben werden.
Die Versuchsdauer beträgt jeweils 3 1/2 Stunden.

Notwendige Materialien: Lineal, Stift, Geo-Dreieck

Versuchsschritte:

  1. Initialisierung des Versuchsaufbaus (PC, Verstärker, Sensoren, Aktoren)
  2. Ermitteln des Reibkraftverlaufs
  3. Aufnahme der Messkurven für bestimmte Amplituden/Frequenzen einer Sinus-Anregung
  4. Konstruktion eines Bode-Diagramms
  5. Ermitteln der Daten des linearen Systems der Strecke aus dem Bode-Diagramm
  6. Regler-Entwurf für das lineare System mit der Matlab Control Toolbox
  7. Simulation der Positionsregelung mit PID-Regler und linearer Strecke in Matlab
  8. Experimentelle Erprobung der Positionsregelung
  9. Diskussion der Ergebnisse

Versuchsaufbau

Die zu regelnde Strecke des Versuchsaufbaus ist der pneumatische Linearantrieb "PneuPos1" der Firma Festo Didactic.

Das System wird als lineares Eingrößensystem (SISO-System) betrachtet:

  • eine Eingangsgröße: Servoventilansteuerung uv
  • eine Ausgangsgröße: Position des Linearantriebs xk

Zur Verminderung der nichtlinearen Reibkräfte wird auf das Stellsignal uv eine sinusförmige Anregung addiert (Dithering), so das der Antrieb nicht in der Haftreibung stecken bleibt.