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Fachartikel: Dynamischer Positionsregler für Piezo Aktor


Link: Artikel als PDF herunterladen Dieser Fachartikel erläutert das Thema Hysteresekompensation.


Aufgabe:

In einer Bearbeitungsmaschine soll ein Piezo Aktor zum Einsatz kommen. Es bestehen hohe Ansprüche an die Dynamik. Aufgrund der Simulationsergebnisse ist mit einer Einschränkung der Dynamik durch die Hysterese des Piezos zu rechnen.

Lösung:

Zum Einsatz kommt ein auf der PRC-DSP basierte PCI Karte als Basis für den Positionsregler. Neben dem Lageregler wird eine Hysteresekompensation integriert, die es ermöglicht den gesamten Dynamikbereich voll zu nutzen.

 

Piezos auf Abwegen

Echtzeitkompensation des Hysterese-Verhaltens bei Festkörper-Aktoren

Bei der hochdynamischen Bahnregelung mittels Festkörper-Aktoren kommt es zu Ungenauigkeiten aufgrund der Hysterese der Piezoelemente. Dieser Effekt lässt sich mittels eines adaptiven Systems aus DSP und einem Lernalgorithmus kompensieren. Festkörperaktoren sind ein Grundpfeiler der Antriebstechnik. Im Bereich der Präzisionspositionierung, Vibrationsdämpfung oder hochdynamischen Bahnregelung kommen sie sowohl in rein gesteuerten als auch bei geregelten Systemen zum Einsatz. Allen Anwendungen gemeinsam ist die Thematik der Aktuator-Nichtlinearitäten. Diese stellen eine besonders große Herausforderung an die Regelungs- und Steuerungstechnik. Das hier vorgestellte Verfahren zur Kompensation der Aktuator-Hysterese kann bei vielen Anwendungen zur Verbesserung des Systemverhaltens beitragen. Generell lassen sich zwei Systemklassen unterscheiden, bei denen eine Kompensation der Aktuator-Nichtlinearitäten wünschenswert ist. Zum einen sind es die rein gesteuerten Systeme, die, sei es aus Kostengründen oder Platzmangel, keine Sensoren zur Messung einer Regelgröße enthalten. Hier ist der Gewinn einer Kompensation leicht ersichtlich. Abgesehen von einer eventuell aufwendigen Kalibrierung gibt es ansonsten keine Einheit im System, die dem nichtlinearen Verhalten entgegenwirkt. Aber auch bei geregelten Systemen kann eine Kompensation sinnvoll sein. Insbesondere dort, wo eine hohe Anforderung an die Dynamik gestellt wird. Da reicht die Bandbreite des übergeordneten Regelungssystems oft nicht aus, um das nichtlineare Phänomen des Aktuators vollständig auszuregeln.

Piezoelektrischer Aktuator in der Bahnregelung

Aus der Vielzahl an Festkörperaktoren und deren Anwendungsgebieten steht hier exemplarisch der piezoelektrische Aktuator sowie sein Einsatz im Bereich der hochdynamischen Bahnregelung im Mittelpunkt. Der Aktuator ist dabei Teil einer schwingungsfähigen Mechanik (Bild 1), die im Zusammenspiel mit einer Werkzeugmaschinenachse ... ganzen Artikel lesen