Details

Autor: Tobias Zaiczek
Titel: Modellierung und Simulation zum Zwecke der Steuerung und Regelung von Starrkörpersystemen
Typ: Dissertation
Fachgebiet: Regelungstechnik
Auflage: 1
Sprache: Deutsch
Erscheinungsdatum: 30.12.2015
Lieferstatus: lieferbar
Umfang: 198 Seiten
Bindung: Soft
Preis: 59,00 EUR
ISBN: 9783938860991
Umschlag: (vorn)
Inhaltsverzeichnis: (pdf)


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Abstrakt in Englisch

This thesis covers methods for the description of rigid multibody systems and their application to the design of feed-forward and feedback controllers. In the first part, an alternative concept for the description of rigid body systems is presented, that was introduced by R. von Mises in 1924. This concept is based on the definition of algebraic objects called motors, which are used in this thesis to derive the equations of motion of general rigid body systems. The thesis describes the modelling of typical joints as well as a suitable choice of coordinates for rigid body systems with closed kinematic loops.
In the second part of the thesis, different concepts for the control of the previously derived models are discussed in detail. Essentially, this thesis deals with design methods for linear, continuous, and time-invariant models (LTI systems) with several independent inputs. In particular, this work includes trajectory planning, the design of feed-forward controllers by means of basis variables and feedback controllers through the specification of zeros for the closed-loop characteristic polynomial. For systems in state-space form, an algorithm is investigated and extended that utilises the degrees of freedom in choosing a static state feedback in order to improve robustness of the zero placement with respect to changes in the system matrices.

Abstrakt in Deutsch

Die vorliegende Arbeit beinhaltet Methoden zur Beschreibung von Starrkörpersystemen sowie deren Anwendung für den Entwurf von Steuerungen und Regelungen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein alternatives Konzept zur Beschreibung von Starrkörpersystemen vorgestellt, das bereits 1924 von R. von Mises eingeführt wurde. Dieses Konzept basiert auf der Definition algebraischer Objekte, die Motoren genannt und auf deren Grundlage in dieser Arbeit die Bewegungsgleichungen allgemeiner Starrkörpersysteme abgeleitet werden. Dabei wird auf die Modellierung typischer Gelenkarten ebenso eingegangen wie auf die Wahl geeigneter Koordinaten für Starrkörpersysteme mit geschlossenen kinematischen Ketten.
Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Konzepte für die Steuerung und Regelung der zuvor abgeleiteten Modelle ausführlich diskutiert. Dabei beschränkt sich die Arbeit im Wesentlichen auf Entwurfsmethoden für lineare, kontinuierliche und zeitinvarinate Modelle (LTI-Systeme) mit mehreren unabhängigen Eingangsgrößen. Im Vordergrund stehen hierbei die Trajektorienplanung und der Steuerungsentwurf auf der Grundlage von Basisgrößen sowie der Reglerentwurf durch die Vorgabe von Nullstellen des charakteristischen Polynoms des geschlossenen Regelkreises. Für Systeme in Zustandsdarstellung wird ein Algorithmus untersucht und erweitert, der die vorhandenen Freiheiten bei der Wahl einer statischen Zustandsrückführung dazu nutzt, die Robustheit der gewünschten Nullstellenplatzierung gegenüber Änderungen der Systemmatrizen zu erhöhen.