Modellbildung und Simulation hochdynamischer Fertigungssysteme - Eine praxisnahe Einführung

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung

1.1 Grundlagen zur Beschreibung mechatronischer Systeme

1.1.1 Beschreibung im Zeitbereich

1.1.2 Beschreibung im Frequenzbereich

1.1.3 Zeitdiskrete Systeme

1.2 Modellbildung mechatronischer Systeme

1.2.1 Modellbildungssystematik

1.2.2 Identifikation

1.2.3 Validierung

1.3 Analogiebetrachtungen

2 Modellbildung

2.1 Elektrische Servoantriebe

2.1.1 Elektro-mechanisches Modell

2.1.2 Thermisches Modell

2.2 Mechanische Übertragungsglieder

2.3 Achsbezogenes Strukturmodell

2.4 Steuerung und Führungsgrößengenerierung

2.5 Kinetische Kopplung von Achsfreiheitsgraden

2.5.1 Ebene Kinematik

2.5.2 Räumliche Kinematik

2.5.3 Erweiterungen und Anwendbarkeitsgrenzen

2.6 Maschinenbezogenes Strukturmodell

2.6.1 Formalismus zur räumlichen Starrkörpermodellierung

2.6.2 Aufbau des gesamten Maschinenmodells

2.6.3 Transformationen

2.6.4 Auswertung der Strukturmodelle

2.6.5 Verfeinerung der Strukturmodellierung

2.7 Modellbildungsbeispiel direktangetriebene Rundachse

2.7.1 Elektro-mechanisches Modell

2.7.2 Thermisches Modell

2.8 Modellbildungsbeispiel Schleifmaschine

3 Simulation

3.1 Simulationswerkzeuge

3.1.1 Rechnergestützte Simulation dynamischer Systeme

3.1.2 Software-Werkzeuge

3.2 Einführung in MATLAB©/Simulink©

3.2.1 Basisfunktionen in MATLAB

3.2.2 Script-Dateien und Funktionen

3.2.3 Blockschaltbilder mit Simulink

3.2.4 Kurzübersicht MATLAB/Simulink

3.3 MATLAB©/Simulink© für Fortgeschrittene

3.3.1 Toolboxen

3.3.2 Echtzeitsimulation

3.3.3 Kombination mit weiteren Softwarewerkzeugen

3.4 Simulationsbeispiel Tauchspulmotor

3.4.1 Implementierung

3.4.2 Validierung

3.5 Simulationsbeispiel direktangetriebene Rundachse

3.5.1 Elektro-mechanisches Modell

3.5.2 Thermisches Modell

3.6 Simulationsbeispiel Schleifmaschine

4 Regelung von Servoantrieben

4.1 Stromregler

4.2 Geschwindigkeitsregler

4.2.1 Elastizitäten im Geschwindigkeitsregelkreis

4.2.2 Dämpfungsoptimale Reglereinstellung

4.3 Lageregelung

4.3.1 Lageregelverstärkung

4.3.2 Vorsteuerung

4.3.3 Störübertragungsverhalten

4.4 Quantisierungseffekte und Filtereinstellungen

4.4.1 Inkrementelle Positionserfassung

4.4.2 Drehzahlsollwertfilter

4.4.3 Stromsollwertfilter

4.5 Zusammenfassung

5 Beispiele aus der industriellen Praxis

5.1 Direktangetriebene Dreh-Schwenkeinheit

5.2 Fräsmaschine

5.3 Parallelkinematik

Anhang

Anhang A

Anhang B

B1 Führungsgrößengenerator für eine Positioniersteuerung

B2 Führungsgrößengenerator für eine Bahnsteuerung

B3 MATLAB-Programme der Führungsgrößengeneratoren

Anhang C

Literatur

Sachverzeichnis