Modellbasierte Systementwicklung

Rapid-Control-Prototyping

HiL-Prüfstand

Der HiL-Prüfstand bietet die Möglichkeit, eigene Software auf der Original Hardware, z.B. dem Steuergerät, zu testen (i.e. Hardware in the Loop). Hierzu wird von der Umgebung der Hardware ein Modell angefertigt, das dem Einsatzzweck entspricht und sich möglichst nahe an der Realität orientiert.

Das Steuergerät erhält über seine Sensorik-Schnittstelle Informationen, wie sie in der Wirklichkeit auch auftreten würden und reagiert somit auf eine nahezu reale Situation. Auf der anderen Seite erfasst der Hil-Prüfstand die Aktorik-Schnittstelle des Steuergeräts und kann so zum einen die Systemreaktion bewerten bzw. selbst unter Zuhilfenahme des Umgebungsmodells darauf reagieren.

Im Zusammenhang mit diesem Projekt werden Probleme aus den Bereichen Regelungstechnik, Steuerungstechnik und Testverfahren für Steuerungssoftware behandelt. Darüber hinaus handelt es sich bei dem HiL-Prüfstand um ein sehr populäres Thema der Automobilindustrie.

Laborversuch „Lorentzaktuator"

Thumb lernmodul lorenzaktuator

Lernmodul Lorenzaktuator

Der Aufbau dient als Lernmodul für ein vorlesungsbegleitendes Labor zur Regelungstechnik im Bachelorstudiengang Mechatronik. Ein Lorentzaktuator positioniert eine elastisch gekoppelte Lastmasse mit schwacher Dämpfung hochdynamisch und präzise auf eine vorgegebene Zielposition, wobei sowohl die Lastmasse als auch die elastische Kopplung variiert werden kann. Durch einen zusätzlichen Magnetbandsensor wird die Position der Lastmasse erfasst und dem Regler zugeführt.

Der Reglerentwurf und die Zustandssteuerung wird hierbei in Matlab-Simulink und -Stateflow realisiert und als ausführbares xPC-Target in die 32-Bit Echtzeitplattform „Real-Time-Target Machine“ von Speedgoat geladen. Hierbei können sowohl unterschiedliche Reglerstrukturen (z.B. PID/Kaskaden/Zustandsregler) wie auch verschiedene Bewegungsprofile (beschleunigungs- oder ruckbegrenztes oder sinuides Profil) realisiert werden. Über einen Target-Monitor lassen sich gegebenenfalls die relevanten kinematischen Signale verfolgen.

Im Lernmodul werden zunächst durch MiL-Simulation (model-in-the-loop) die Reglerstruktur sowie die Steuerung entwickelt bzw. optimiert und anschließend durch Rapid-Control-Prototyping in der realen Anlage getestet.

Modellbasierter Reglerentwurf einer hochdynamischen Zahnriemenachse

Dieser Aufbau dient als Lernmodul für ein vorlesungsbegleitendes Labor zur Regelungstechnik im Bachelor-Studiengang Mechatronik. Über eine Zahnriemenachse wird die Drehbewegung eines Synchronservomotors zur Positionierung einer elastisch gekoppelten Last in eine lineare Bewegung umgesetzt. Mit einer Wirbelstrombremse und austauschbaren Federn können Dämpfungsgrad und Federkonstante des Feder-Masse-Dämpfer-Systems (FMD-System) variiert werden. Durch einen zusätzlichen Magnetbandsensor wird die Position der Lastmasse erfasst und über den Servo-Controller dem Regler zugeführt.

Der Reglerentwurf und die Zustandssteuerung werden hierbei in Matlab-Simulink und -Stateflow realisiert und als ausführbares xPC-Target in die 32-Bit Echtzeitplattform „Real-Time-Target Machine“ von Speedgoat geladen. Hierbei können sowohl unterschiedliche Reglerstrukturen (z.B. PID/Kaskaden/Zustandsregler) wie auch verschiedene Bewegungsprofile (beschleunigungs- oder ruckbegrenztes oder sinuides Profil) realisiert werden. Über einen Target-Monitor lassen sich gegebenenfalls die relevanten kinematischen Signale verfolgen.

Im Lernmodul werden zunächst durch MiL-Simulation (model-in-the-loop) die Reglerstruktur sowie die Steuerung entwickelt bzw. optimiert und anschließend durch Rapid-Control-Prototyping in der realen Anlage getestet. Zusätzlich kann die Anlage auch mit einer Kompaktsteuerung der Firma Siemens angesteuert werden. Die Regelung übernimmt in diesem Fall der Servo-Controller.

Darüber hinaus verfügt die Anlage über eine Sicherheitsüberwachung. Mit einem Sicherheitssteuergerät der Firma PILZ werden die sicherheitsrelevanten Zustände der Anlage überwacht und gesteuert.