Flachheitsbasierte Regelung eines hydraulischen Antriebs mit zwei Ventilen für einen Großmanipulator (Flatness Based Control of a Two Valve Hydraulic Joint of a Large Manipulator)

Abstract

Für einen hydraulischen Zylinder, der die Achse eines rechnergesteuerten Großmanipulators antreibt, wird eine flachheitsbasierte Folgeregelung entworfen. Durch die Erweiterung des Zylinderantriebs mit einem Stellventil zu einem Mehrgrößensystem mit zwei Stellventilen, können Position und Druck unabhängig voneinander geregelt werden. Das Antriebsystem wird durch abschnittsweise definierte nichtlineare Differentialgleichungen beschrieben. Es wird gezeigt, dass der Zylinderantrieb ein flaches System ist. Die Flachheitseigenschaft erlaubt eine abschnittsweise Lösung des Trajektorienfolgeproblems. Durch die Vorgabe geeigneter Trajektorien für die Zylinderposition und den Druck in einer Zylinderkammer lässt sich der Energieverbrauch minimieren. Die Bewegung entlang dieser Trajektorien kann aufgrund der Flachheit durch eine statische Zustandsrückführung gegen Störungen und Anfangsfehler stabilisiert werden. Für die Realisierung der Zustandsrückführung wird ein nichtlinearer Folgebeobachter mit zeitvarianter Verstärkung vorgestellt. Die Leistungsfähigkeit des Regelungskonzepts wird in der Simulation gezeigt und im Experiment bestätigt.