Aktive Schwingungsunterdrückung bei Systemen mit veränderlichen dynamischen Eigenschaften

Abstract

Unerwünschte Schwingungen treten in nahezu allen Bereichen des Maschinenbaus auf. Die Adaptronik hat sich als Schlüsseltechnologie etabliert, um derartige Störungen erfolgreich zu unterdrücken. Ein adaptives System besteht neben der unerwünscht vibrierenden Struktur aus strukturintegrierten Sensoren und Aktuatoren, sowie einem schnellen Regler. Die Sensoren messen die Schwingungen, die gemessenen Informationen werden an den Regler gegeben, der die Größen auswertet und Stellsignale für die Aktuatoren bestimmt. Die möglichst in den Lastpfad integrierten Aktuatoren setzen die Stellsignale in Gegenschwingungen um, d.h. sie erzeugen destruktive Körperschallinterferenz. Die Herausforderung an die Reglerauslegung besteht in einer geeigneten Modellierung der Regelstrecke, d.h. des Pfades zwischen Sensor und Aktuator. Das Modell ist vorzugsweise linear, weil moderne Regelalgorithmen wie z.B. H2 oder Hinf- Regler auf linearen Zustandsraummodellen basieren. Nicht selten haben schwingende Systeme während des Betriebes jedoch wechselnde Eigenschaften. Ein allgemeines lineares Modell reicht daher nicht aus. Durch Diskretisierung des Arbeitsraumes ist auch für viele Fälle von Systemen mit veränderlichen Eigenschaften eine lineare Beschreibung möglich. Das strukturdynamische Verhalten wird für jeden Punkt beschrieben, bzw. identifiziert. Eine geeignete Strategie für das Umschalten zwischen den Reglern für jeden Arbeitspunkt ist erforderlich. Stabilität und Regelgüte der Reglung ist nachzuweisen. Das Prinzip des Active Vibration Control (AVC) für Systeme mit veränderlichen dynamischen Eigenschaften wird im folgenden Beitrag an Hand von zwei Beispielen demonstriert, nämlich für hochdynamische Parallelrobotik und einem Kreissägeblatt.