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Einsatz von Verfahren der simulationsbasierten Optimierung zur Reglerparametrierung unter Berücksichtigung von definierbaren Nebenbedingungen

Application of simulation based optimization methods for the controller parameterization considering definable constraints
 
: Neugebauer, Reimund; Hipp, K.; Hofmann, S.; Schlegel, H.

:
Fulltext urn:nbn:de:0011-n-1572024 (273 KByte PDF)
MD5 Fingerprint: 6a5c1bfb5cb89cfe005c708b4bfcbd74
Created on: 15.4.2011


Bertram, T. ; TU Dresden; VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik -GME-:
Fachtagung Mechatronik 2011 : 31.03.-01.04.2011, Dresden
Dresden: Technische Universität Dresden, 2011
ISBN: 978-3-00-033892-2
pp.247-264
Fachtagung Mechatronik <2011, Dresden>
German
Conference Paper, Electronic Publication
Fraunhofer IWU ()
Reglerparametrierung; simulationsbasierte Optimierung; Partikel-Schwarm-Optimierung; Nelder-Mead; hybrider Optimierer

Abstract
Als Standardreglerstruktur für Servoantriebe hat sich in der industriellen Praxis die Verwendung der Reglerkaskade, bestehend aus Lage-, Drehzahl- und Stromregler, etabliert. Die Parametrierung der Einzelregler der Kaskade hat wesentlichen Einfluss auf die erzielte Regelgüte, den erforderlichen Stellaufwand und die Robustheit des Gesamtsystems. Aktuelle Ansätze zur Reglereinstellung basieren entweder auf der Verwendung einer Vielzahl bekannter Einstellregeln oder alternativ einer Frequenzganganalyse unter Berücksichtigung aufgestellter Kriterien der offenen Kette (Phasenrand, Dämpfung).
Gemein ist allen diesen Verfahren, dass eine Berücksichtigung von Beschränkungen in Form von Nebenbedingungen nur begrenzt möglich ist. Im vorliegenden Beitrag wird daher ein alternativer Ansatz zur Reglerparametrierung auf Grundlage von Verfahren der simulationsbasierten Optimierung vorgestellt. Die Voraussetzung ist hierbei ein hinreichend genaues Modell der zu untersuchenden Strecke.
Vorteile bei diesem Verfahren sind unter anderem die Möglichkeit der Untersuchung von nichtlinearen Streckenbestandteilen (z.B. Reibungen, Begrenzungen). Dies und die Möglichkeit der Verwendung diskreter Streckenmodelle erlaubt die direkte Übertragung der Ergebnisse auf industrielle Steuerungen. Fortführend können Nebenbedingungen, wie zum Beispiel Stellgrößenbeschränkungen und begrenzende Frequenzgänge vorgegeben werden. Weiterhin erlaubt die frei definierbare Wichtung von Optimierungskriterien (z.B. Regel- und Störfläche) eine für den Anwendungsfall benötigte Auslegung. Exemplarisch kann somit eine Reglerparametrierung für ein optimiertes Störverhalten erzielt werden.
Der Beginn des Beitrages beinhaltet die Vorstellung der Funktionsweise ausgewählter verwendbarer Verfahren der simulationsbasierten Optimierung. Anschließend werden mögliche Modellierungsansätze des Optimierungsproblems an ausgewählten Beispielen dargelegt. In einem weiteren Abschnitt wird die Realisierung des Programms beschrieben.
Im Anschluss folgt die Vorstellung der Optimierungsergebnisse. Den Abschluss bildet die Diskussion der gewonnen Ergebnisse, insbesondere der Vergleich von Simulation und realem Versuchsstand.

 

The setting-up operation of servo drives is a time-consuming and cost-intensive process. Particularly, the controller parameterization is carried out by applying basic empirical formulas within an integrated automatic design. Hence, the determined settings are often insufficient verified by the resulting system behavior and the limits of the applied methods are not taken into account appropriate. A loss of quality in the produced product or a complete shutdown are the consequences. In addition, another approach is to give the user a simple way to influence the design of the controller. By applying methods of simulation-based optimization this paper presents an approach to meet these requirements. The main advantage of the proposed method lies in the ability of analyzing nonlinear models. This enables the user to set the specification of the sensitivity and the complementary sensitivity function and therefore the model acts as an efficient tool for influencing the robustness and dynamic of the whole system.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-157202.html