Holistische Regelung stellgrößenbeschränkter mechatronischer Systeme

In dieser Arbeit wird das Konzept der „Holistischen Regelung“ eingeführt, die Regelung stellgrößenbeschränkter mechatronischer Systeme erlaubt. Der Begriff „holistisch“ist in diesem Zusammenhang als „von außen bestimmt“ zu verstehen. Diese Bestimmung „von außen“ ergibt sich durch umgebungs- und streckenbedingteEinflussfaktoren (Störungen), durch die Spezifikation von Regelzielen, sowie durch Stellgrößenbeschränkungen der Stellglieder. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Regelziele in Form von Solltrajektorien in den einzelnen Freiheitsgraden spezifiziert werden können, deren Einhaltung maßgeblich die Regelqualität bestimmt. Störungen in Kombination mit Stellgrößenbeschränkungen führen bei klassischen Ansätzen häufig zueinem Aufschwingen des Reglers, dem Windup-Effekt. Die hier vorgestellte holistische Regelung trägt diesem Effekt Rechnung und gewährleistet eine performante Erfüllung der spezifizierten Regelziele. In der Praxis weisen mechatronische Strecken stets Begrenzungen bezüglich ihrer Eingangsgrößen auf, die bei Nichtbeachtung im Regelungskonzept zu Einbußen in der Regelqualität führen, im schlimmsten Fall zur Instabilität. Das Einbeziehen der Umgebung und damit die Berücksichtigung von Störungen und Begrenzungen bestimmt daher die Konzeption des Regelalgorithmus, so dass im weiteren Sinne eine holistische Regelung vorliegt. Damit einhergehend ist neben der Struktur auch die Umsetzung der Algorithmen festgelegt. Dies gilt zum einen für die Modellbildung mechatronischer Systeme als auch für die zeitdiskrete Umsetzung des Regelalgorithmus. Fehlerhaftes Design und die Nichtbeachtung deterministischer zeitlicher Abfolgen führen zu massiven Qualitätsproblemen. Der Entwurf holistischer Regelungen wird am Beispiel von Parallelkinematiken aufgezeigt, deren Einsatz für Handhabung und Montage im Sonderforschungsbereich SFB 562 erforscht wird. Dieses umfasst Methoden zur Modellierung mittels diskretem Ansatz, den Einsatz dieses Modells zur Regelung, die Konzeptionierung von Regelalgorithmen, sowie deren zeitdiskrete Umsetzung.