Automatisierungstechnik in der Mechatronik — zwei Beispiele aus der Stahlindustrie

Zusammenfassung

Die Mechatronik, einst als wissenschaftliches und industrielles Experiment begonnen, hat sich zu einer etablierten Wissenschaft mit einem weiten industriellen Anwendungsfeld entwickelt. Unverändert geblieben ist der Anspruch, aus der integrativen Verbindung von Elektrotechnik, Maschinenbau und Automatisierungstechnik ein Wissensgebiet zu schaffen, das einen neuen Zugang zu wissenschaftlichen und industriellen Problemen bietet. Am Beispiel zweier Systeme der Stahlindustrie, eines hydraulischen Aktuators und an S-Rollen-Systemen, wird gezeigt, wie mit Hilfe linearer und nichtlinearer Regelungen das Verhalten der Systeme wesentlich verbessert werden kann. Der Entwurf der Regelung basiert im nicht-linearen Fall dabel auf der Theorie der PCHD-Systeme (port controlled Hamiltonian systems with dissipation) und im linearen Fall auf einer partiellen Eingangs-Ausgangs-Entkopplung, kombiniert mit einemH ₂-Entwurf. Die Güte der so entworfenen Systeme wird durch Messungen an realen Anlagen und durch Simulationsstudien nachgewiesen. Diese Regelungen sind natürlich auch bei anderen Anlagen einsetzbar. Darüber hinaus sind die vorgestellten Konzepte auch auf ähnliche oder nur verwandte industrielle Probleme leicht übertragbar.

Abstract

Mechatronics, once started as a scientific and industrial experiment, has shown to be a well established scientific discipline with a broad industrial area of applications. Unchanged is the claim of Mechatronics to create a scientific discipline, which offers a new approach to industrial and scientific problems by a synergetic integration of electrical and mechanical engineering with control. Two examples from the field of steel manufacturing systems, namely a hydraulic actuator and a bridle roll device, are chosen in order to demonstrate how one can improve the system performance by linear and nonlinear control. The theory of PCH-systems (port controlled Hamiltonian systems) is used in the nonlinear case, and a combination of partial input-output decoupling and H₂-design is applied to the linear plant. The measurements of the hydraulic actuator and the simulations of the bridle roll system demonstrate the performance of the closed loop. Of course, the presented controllers can easily be used for similar plants. Furthermore, the presented ideas are transferable to similar or related problems in a straightforward manner.