Ein Beitrag zur aktiven Dämpfung von Torsionsschwingungen in drehzahlgeregelten mechatronischen Antriebssystemen

Eine Steigerung der Lebensdauer sowie eine Verbesserung der Verfügbarkeit elektromechanischer Antriebssysteme kann erzielt werden, indem durch den Einsatz von modernen Regelungsverfahren störgrößenbedingte Anregungen von Torsionsschwingungen aktiv gedämpft und die Belastungen der einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs (Getriebe, Kupplung,…) auf diese Weise minimiert werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von Regelungskonzepten zur aktiven Schwingungsdämpfung in drehzahlgeregelten elektrischen Antriebssystemen mit unverzweigten oder verzweigten Wellensträngen. Neben der Forderung nach einer aktiven Dämpfung und einer stationären Genauigkeit werden bei den Regler- Entwürfen Forderungen nach einem dynamischen Führungs- und Störverhalten bei einem gleichzeitig minimierten Stellgrößenbedarf berücksichtigt.

Basierend auf einem allgemeinen 2-Massenschwingermodell zur Nachbildung des mechanischen Systemverhaltens werden zwei unterschiedliche Entwurfsverfahren untersucht, die im Vergleich zu den konventionellen PI-Drehzahlregelungen eine deutliche Verbesserung bezüglich der genannten Zielsetzung ermöglichen. Im ersten Verfahren wird eine PI-Zustandsregelung vorgestellt, deren Reglerentwurf nach der Methode der Gezielten Eigenwertvorgabe erfolgt. Dieses von Goslar eingeführte Entwurfsverfahren, das sich durch eine einfache Parametrierungsund Inbetriebnahmevorschrift auszeichnet, wird im Rahmen dieser Arbeit um einen reduzierten Beobachteransatz erweitert, wodurch eine Optimierung des störseitigen Dämpfungsverhaltens erreicht wird. Als zweites Verfahren wird ein H0 -suboptimaler Reglerentwurf mit frequenzunabhängiger Gewichtung eingeführt, mit dem ein vergleichbarer Zielerreichungsgrad realisiert werden kann. Dieser normbasierte Ansatz zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass neben den genannten Forderungen weitere Randbedingungen, wie z.B. das Messrauschen, direkt im Entwurf berücksichtigt werden können.

Zur Ermittlung der für die Auslegung der Reglervarianten notwendigen Modell-Parameter des Antriebssystems wird ein hybrides Identifikationsverfahren eingeführt, welches die Vorteile heuristischer Parameterschätzverfahren mit denen eines Gradientenverfahrens verbindet. Neben einer Steigerung in der Konvergenzgeschwindigkeit wird durch dieses Verfahren die Robustheit des Identifikationsalgorithmus verbessert.