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Regelung magnetischer Führungen für lineare Transportsysteme

Spieß, Alexander :
Regelung magnetischer Führungen für lineare Transportsysteme.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2011)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Regelung magnetischer Führungen für lineare Transportsysteme
Language: German
Abstract:

Partikelfreiheit ist für Transportsysteme bei der Verwendung in Reinräumen ein wichtiges Kriterium, was die Auswahl des Verfahrens für die Übertragung der Lagerkräfte betrifft. Magnetgelagerte Systeme sind wegen ihrer berührungslosen Lagerung und der damit verbundenen Verschleiß- und Abriebsfreiheit für solche Einsatzgebiete prädestiniert. Für den Aufbau solcher Systeme werden ortsfeste, aktive Führungen, die entlang einer Transportbahn befestigt sind, verwendet. Die einzelnen Führungen bestehen aus einem nichtlinearen, elektromagnetischen Aktor, einem Positionssensor und einem Leistungsverstärker. Das zu transportierende Objekt ist ein rein passiver Körper, welcher durch die Lagerkräfte der Führungen berührungslos getragen und geführt wird. Der Vorteil dieser Bauweise besteht in der ortsfesten Verkabelung für die Versorgung der aktiven Führungen mit Energie. Der Nachteil einer solchen Bauweise besteht in dem sich ändernden Systemverhalten infolge der Transportbewegung, da sich der Schwerpunkt des Transportobjektes relativ zu den ortsfesten Führungen bewegt. Die Änderung des Systemverhaltens bewirkt einen nicht konstanten Verlauf der Trajektorie des Transportgutes.

Durch die Anwendung eines in dieser Arbeit entwickelten adaptiven Regelungskonzeptes ist es möglich, das Verhalten der im System vorhandenen Lageregelkreise der einzelnen Führungen so zu beeinflussen, dass die Änderungen im Verhalten des Gesamtsystems unterdrückt werden. Dazu müssen alle Einflüsse betrachtet werden, die eine Änderung des Systemverhaltens infolge der Transportbewegung bewirken.

Mittels eines in dieser Arbeit erstellten und an einem Prüfstand validierten Simulationsmodells, werden alle Einflüsse, wie die unterschiedliche Anzahl an aktiven Führungen, die Verlagerung des Schwerpunktes und das Verhalten der nichtlinearen, elektromagnetischen Aktoren auf das Systemverhalten analysiert. Durch die Analyse ist es möglich, die Wirkungsweise der Einflüsse auf die Änderung des Systemverhalten zu beschreiben und ein Verfahren zu entwickeln, das die Parameter der dezentralen Regler der Führungen so beeinflusst, dass die Änderungen im Systemverhalten unterdrückt werden.

In experimentellen Untersuchungen, an einem in dieser Arbeit entwickelten Prüfstand, ließ sich die Unterdrückung der Änderung des Systemverhaltens mittels des adaptiven Regelungskonzeptes verifizieren. Die Änderung des Systemverhaltens, verursacht durch die Einflüsse, konnte deutlich reduziert werden. Dies macht sich in einem gleichmäßigerem Verlauf des Transportvorgangs für das Transportobjekt bemerkbar.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Particle free transport systems are required for transport applications in clean rooms. For a particle free transport system, the bearing forces have to be applied contactless, frictionless and waveless to the transported object. The mentioned conditions could be fulfilled by electromagnetic bearings. For this application the electromagnetic bearings are fixed along a linear transport path. The active bearings contain a position sensor, a stator with a coil and an power amplifier. The transported object is a passive body with a fixed rotor to the top side. The advantage of this construction is, that the wiring harness for the electric power supply is fixed along the transport path. There is no need to move any other mechanical part of the transport system during the contactless movement of the transported object, which is elevated by the active bearings. The disadvantage of this construction is the change of the system behavior during the movement of the transported object. This is caused by the relative change of the distance between the center of gravity of the transport object and the fixed bearings. This behavior leads to a non constant trajectory of the transported object. The purpose of this thesis is to develop an adaptive control strategy for the position controller of the active bearings, which compensates the influences of the movement of the transport object to the trajectory of the transported object. To obtain this result, all mechanisms have to be investigated. In this thesis all mechanisms influencing the behavior of the whole transport system, like the changing number of bearings, the changing distance between the point of gravity and the bearings, and the nonlinear behavior of the bearings, are investigated by a simulation model. This model is validated with measurements of a self build test rig. The aim of this investigation is to understand and to describe the mechanisms resulted by the various influences. With this description it is possible to develop an adaptive control strategy, which compensates the influences. This strategy leads to a constant trajectory of the transported object. Through experimental work on the self build test rig, the concept of the adaptive control strategy is validated. The results show, that the control strategy is able to compensate the influences of the changes of the transport system and to minimize the variations of the trajectory of the transported object.English
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Maschinenbau > Mechatronische Systeme im Maschinenbau (IMS)
Date Deposited: 06 Sep 2011 10:59
Last Modified: 07 Dec 2012 12:00
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-27368
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Nordmann, Prof. Dr.- Rainer and Birkhofer, Prof. Dr. Herbert
Refereed: 18 January 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2736
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