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Fehlerfrühidentifikation und -diagnose eines elektrohydraulischen Linearantriebssystems

Kazemi-Moghaddam, Abbas :
Fehlerfrühidentifikation und -diagnose eines elektrohydraulischen Linearantriebssystems.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2000)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Fehlerfrühidentifikation und -diagnose eines elektrohydraulischen Linearantriebssystems
Language: German
Abstract:

Bei der Komplexität heutiger industrieller Prozesse gewinnen die Fehleridentifikation und -diagnose immer mehr an Bedeutung. Die Gefahr von Ausfällen soll vor deren Eintreten identifiziert werden können und ein rechtzeitiges Eingreifen ermöglichen, denn Fehleridentifikationssysteme sollen dazu dienen, diese Störungen und Ausfälle möglichst zu vermeiden. Ziel dieser Arbeit ist es, neue Fehleridentifikationssysteme für den Einsatz in ölhydraulischen Anlagen zu entwickeln, die mit einem minimalen sensorischen Aufwand auskommen. Fehleridentifikationssysteme können durch modellgestützte oder durch signalgestützte Methoden implementiert werden. Das zentrale Untersuchungsobjekt ist ein elektrohydraulischen Linearantriebssytem (Proportionalventil und Hydrozylinder) in einer ölhydraulischen Anlage. Zum Einsatz kamen im wesentlichen modellgestützte Fehleridentifikationssysteme. Nach eingehender Analyse und einer Literaturrecherche zum Stand der Technik und zu aktuellen Entwicklungen wurde ein Gesamtkonzept zur Fehleridentifikation und -diagnose ausgearbeitet. Typische potentielle Fehler bei Linearantriebssystemen sind: erhöhte Reibung, erhöhte innere Leckage, Windungsschluß, Kavitations- und Strahl-Erosion. Einige diese Fehler, wie z. B. erhöhte Reibung am Schieber können künstlich reproduziert werden. Um die Auswirkungen des Fehlers zu simulieren, sind aufwendige Konstruktionsarbeiten notwendig. Fehler, die durch Erosion entstehen können, sind nur durch Sonderanfertigungen der jeweiligen Bauteile künstlich zu erzeugen. Dies ist sehr kostenintensiv. Um diese Fehler kostengünstig untersuchen zu können, ist es effektiver, reale fehlerbehaftete Bauteile in den Versuchsstand zu integrieren. Daher konzentrierte sich die weitere Arbeit auf ausgewählte Fehler wie: innere Leckage beim Hydrozylinder, Reibkraftänderung und Windungsschluß am Proportionalventil, die durch äußere Veränderungen reproduzierbar und damit allgemeingültig implementiert werden können. Als Methoden zur Fehleridentifikation und -diagnose bei der entwickelten Modellbildung sind in dieser Arbeit eine numerisch verbesserte Realisierung der Methode der kleinsten Quadrate DSFI (discrete square root filter in the information form), ein nichtlinearer Optimalfilter (kontinuierlich-diskrete, erweiterte Kalman-Filter) und Frequenzgangmethode eingesetzt. Aus einer Änderung der geschätzten physikalischen Parameter ist eine direkte Bestimmung der Fehlerursache möglich. Hierzu wurde das zeitkontinuierliche, physikalische Prozeßmodell der Vierkantensteuerung des Ventils und Hydrozylinders entwickelt. Zur Demonstration der Fehleridentifikation wurde künstlich eine erhöhte innere Leckage des Hydrozylinders erzeugt, wodurch ein Defekt der Kolbendichtung simuliert wird. Der durch einen Bypaß vergrößerte Wert des Leckölkoeffizienten KL wurde zuverlässig erkannt. Dadurch sind sowohl Fehleridentifikation als auch Fehlerdiagnose gewährleistet. Zur Simulation der erhöhten Reibung am Ventilschieber wurden mehrere Lösungsvarianten erarbeitet. Dabei sollte nach der konstruktiven Veränderung des Ventils weiterhin ein fehlerfreier Betrieb möglich sein. Die Meßergebnisse sollten reproduzierbar sein sowie durch die Umgestaltung kein zusätzlicher Verschleiß entstehen. Die Untersuchungen zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen modifizertem Ventil- und Originalventil.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
With the complexity of today's industrial processes the Early Fault Identification and Diagnosis gains ever increasing importance. The danger of failure can be detected before their occurring and a punctual intervention is made possible, because Early Fault Identification and Diagnosis systems serve to avoid these failure. The goal of this work is to develop a new Early Fault Identification systems, for operation in oil-hydraulic plants, with a minimum expenditure on sensor. The Fault Identification systems can be implemented by model-based or by signal based methods. The main object of investigation is an electro-hydraulical linear drive system (proportional valve and hydro-cylinder) in an oil-hydraulic plant. After a detailed system analysis and a literature search for the state of the art and for current developments an overall concept for Early Fault Identification and Diagnosis focussing on model based fault identification systems was developed. Typical potential errors with linear drive systems are: increased friction, increased internal leakage, interturn fault, cavitation and stream erosion. Some of these errors, e.g. increased friction at the slidegate valve, can be artificially generated. In order to simulate the error impacts, complex construction work is necessary. Errors, which may result from erosion, can be reproduced artificially only by special manufacturing of the respective component. This is very cost-intensive. In order to realise a more economic investigation of the particular faults, it is reasonable to integrate real faulted components in the test bench. The further work concentrates on selected errors like internal leakage of the hydro-cylinder, change of frictional force and interturn fault of the proportional valve. These faults can be reproduced by external changes and thus universally valid implemented. Methods used for Fault Identification in the developed model are: a numerical improved realisation of discrete square root filter in the information form (DSFI), a non-linear optimum filter (continuously discrete, extended Karman filter) and a frequency response method. A direct determination of the reason for the fault is achieved by variation of the estimated physical parameters. Therefore the time-continuos physical process model of square control for valve and hydro cylinder has been developed. To demonstrate the Fault Identification system an artificially increased internal leakage of the hydro-cylinder was generated, simulating a defective piston ring. An increased value of the leakage oil coefficient KL was reliably detected. That proves that both Fault identification and Fault Diagnoses are guaranteed. For the simulation of the increased friction at the valve slide, several solution variants were worked out. The goal is to guarantee an error free operation after the constructional alteration of the valve. The results of measurement must be reproducible and additionally it is required that wear due to the alteration must not occur. The investigations show a very good agreement in operation of the modified valve and the original valve.English
Uncontrolled Keywords: Fehleridentifikation, elektrohydraulisches Linearantriebssystem, Lecköl
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Fehleridentifikation, elektrohydraulisches Linearantriebssystem, LeckölGerman
Oilhydraulic, Hydraulic clinder, Proportional valve, Early Fault, leakage, frictionEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Maschinenbau
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:20
Last Modified: 07 Dec 2012 11:46
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000025
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-259
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Kubbat, Prof.Dr.-I Wolfgang
Advisors: Stoffel, Prof.Dr.-I Bernd
Refereed: 10 February 1999
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/25
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