Performance improvement of servo drive systems involving an elastic coupling

Vamsi Prakash Makkapati

Research output: ThesisDoctoral ThesisResearch

Abstract

Die ständige Verbesserung von Elektromotoren, z.B. hinsichtlich ihrer Leistungsdichte, ermöglicht die Erzeugung hoher Drehmomentspitzen innerhalb kürzester Zeiten. Dies führt dazu, dass innerhalb des von diesen Motoren aktuierten mechanischen Systems -- beispielsweise ein Antriebsstrang -- unerwünschte Schwingungen angeregt werden können. Die Dynamik dieser mechanischen Systeme ist häufig durch schwach gedämpfte Wellen und elastische Kupplungen geprägt. In einem Antriebsstrang können Momentenspitzen des elektrischen Antriebes daher zu unerwünschten Torsionsschwingungen führen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der Antriebsregelung eines elektrischen Motors als Teil eines mechatronischen, schwingungsfähigen Systems. Zunächst wird eine Klassifikation der Problemstellung erläutert. Für den Fall "niedrieger" Resonanzfrequenzen wird das "acceleration feedback"-Verfahren verwendet, das in dieser Arbeit für die betrachtete Problemstellung entsprechend erweitert wird. Es zeigt sich, dass auch bei den zugrunde liegenden mechatronischen Systemen Totzeiten einen negativen Einfluss auf die erreichbare Qualität des geschlossenen Regelkreises haben. Es wird eine Methode zur Modellierung der Totzeit verwendet, die zu einem nicht phasenminimalen Modell der Regelstrecke führt. Darauf aufbauend wird mit der Methode der "stable system center" eine modellbasierte Regelung entworfen. Die Praxistauglichkeit der erarbeiteten Regelungsmethoden wird an Prüfständen demonstriert.
Schlagwörter
Translated title of the contributionPerformance improvement of servo drive systems involving an elastic coupling
Original languageEnglish
Supervisors/Advisors
  • Horn, Martin, Supervisor
Publication statusPublished - 1 Jul 2016

Keywords

    Cite this

    Performance improvement of servo drive systems involving an elastic coupling. / Makkapati, Vamsi Prakash.

    2016.

    Research output: ThesisDoctoral ThesisResearch

    @phdthesis{c05c10654c67411fae05ccd496026035,
    title = "Performance improvement of servo drive systems involving an elastic coupling",
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    keywords = "Torsional oscillations, Vibration damping, active damping, sliding mode differentiation",
    author = "Makkapati, {Vamsi Prakash}",
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    TY - THES

    T1 - Performance improvement of servo drive systems involving an elastic coupling

    AU - Makkapati, Vamsi Prakash

    PY - 2016/7/1

    Y1 - 2016/7/1

    N2 - Die ständige Verbesserung von Elektromotoren, z.B. hinsichtlich ihrer Leistungsdichte, ermöglicht die Erzeugung hoher Drehmomentspitzen innerhalb kürzester Zeiten. Dies führt dazu, dass innerhalb des von diesen Motoren aktuierten mechanischen Systems -- beispielsweise ein Antriebsstrang -- unerwünschte Schwingungen angeregt werden können. Die Dynamik dieser mechanischen Systeme ist häufig durch schwach gedämpfte Wellen und elastische Kupplungen geprägt. In einem Antriebsstrang können Momentenspitzen des elektrischen Antriebes daher zu unerwünschten Torsionsschwingungen führen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der Antriebsregelung eines elektrischen Motors als Teil eines mechatronischen, schwingungsfähigen Systems. Zunächst wird eine Klassifikation der Problemstellung erläutert. Für den Fall "niedrieger" Resonanzfrequenzen wird das "acceleration feedback"-Verfahren verwendet, das in dieser Arbeit für die betrachtete Problemstellung entsprechend erweitert wird. Es zeigt sich, dass auch bei den zugrunde liegenden mechatronischen Systemen Totzeiten einen negativen Einfluss auf die erreichbare Qualität des geschlossenen Regelkreises haben. Es wird eine Methode zur Modellierung der Totzeit verwendet, die zu einem nicht phasenminimalen Modell der Regelstrecke führt. Darauf aufbauend wird mit der Methode der "stable system center" eine modellbasierte Regelung entworfen. Die Praxistauglichkeit der erarbeiteten Regelungsmethoden wird an Prüfständen demonstriert. Schlagwörter

    AB - Die ständige Verbesserung von Elektromotoren, z.B. hinsichtlich ihrer Leistungsdichte, ermöglicht die Erzeugung hoher Drehmomentspitzen innerhalb kürzester Zeiten. Dies führt dazu, dass innerhalb des von diesen Motoren aktuierten mechanischen Systems -- beispielsweise ein Antriebsstrang -- unerwünschte Schwingungen angeregt werden können. Die Dynamik dieser mechanischen Systeme ist häufig durch schwach gedämpfte Wellen und elastische Kupplungen geprägt. In einem Antriebsstrang können Momentenspitzen des elektrischen Antriebes daher zu unerwünschten Torsionsschwingungen führen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung der Antriebsregelung eines elektrischen Motors als Teil eines mechatronischen, schwingungsfähigen Systems. Zunächst wird eine Klassifikation der Problemstellung erläutert. Für den Fall "niedrieger" Resonanzfrequenzen wird das "acceleration feedback"-Verfahren verwendet, das in dieser Arbeit für die betrachtete Problemstellung entsprechend erweitert wird. Es zeigt sich, dass auch bei den zugrunde liegenden mechatronischen Systemen Totzeiten einen negativen Einfluss auf die erreichbare Qualität des geschlossenen Regelkreises haben. Es wird eine Methode zur Modellierung der Totzeit verwendet, die zu einem nicht phasenminimalen Modell der Regelstrecke führt. Darauf aufbauend wird mit der Methode der "stable system center" eine modellbasierte Regelung entworfen. Die Praxistauglichkeit der erarbeiteten Regelungsmethoden wird an Prüfständen demonstriert. Schlagwörter

    KW - Torsional oscillations

    KW - Vibration damping

    KW - active damping

    KW - sliding mode differentiation

    M3 - Doctoral Thesis

    ER -