2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16904Durch wachsende Anforderungen an Energieeffizienz und höhere Verfahrgeschwindigkeiten gewinnen Maschinen in Leichtbauweise immer mehr an Bedeutung. Dies führt jedoch oft zu unerwünschten elastischen Verformungen. Führen diese Maschinen große Arbeitsbewegungen aus, so ist die Modellierung mit der Methode der flexiblen Mehrkörpersysteme notwendig. Auch wird in vielen praktischen Anwendungen der Kontakt von Maschinen mit der Umgebung immer wichtiger. In diesem Projekt stehen die Modellierung, die Modellinversion zum Vorsteuerungsentwurf sowie die Trajektorienregelung flexibler Mehrkörpersysteme mit Umgebungskontakt im Mittelpunkt. In der ersten Projektphase wurde hierzu ein einheitlicher Ansatz zum Vorsteuerungsentwurf für flexible Mehrkörpersysteme mit kinematischen Schleifen, geschlossenen Kontakten und Folgeregelung erarbeitet. Dabei hat sich ein Modellinversionsansatz mittels sogenannter Servobindungen als am besten geeignet erwiesen. Aufbauend auf den vielversprechenden Ergebnissen der ersten Förderperiode sollen in der beantragten zweiten Förderphase die entwickelten Methoden und Modelle so weiterentwickelt werden, dass ein effizienter Einsatz in realen Anwendungen möglich ist. Hierzu sollen neben methodischen Weiterentwicklungen und numerischen Tests auch ausgewählte experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden. Ein erstes Ziel der zweiten Förderphase ist die Steigerung der numerischen Effizienz des Randwertlösers für die Modellinversion, um auch für mittelgroße und größere Systeme eine schnelle Vorsteuerungsberechnung zu ermöglichen. Für mittelgroße Modelle wird eine Berechnungszeit in der Größenordnung der Echtzeit der vorgegebenen Trajektorie anvisiert. Als zweites Ziel wird eine Verbesserung der Modellgüte angestrebt, speziell hinsichtlich der Reibungsmodelle sowie einer Erweiterung auf Abheben und Wiedereintritt des Kontaktes. In beiden Fällen führt dies auf nicht glatte Modelle, wozu auch der entwickelte Randwertlöser erweitert werden muss. Ein drittes Hauptaugenmerk wird die geschickte Kombination der Vorsteuerung mit einem effizienten rückführenden Regler sein. Somit können dann auch externe Störungen der elastischen Koordinaten ausgeregelt werden. Solche Störungen können Bauteilschwingungen sein, die z.B. durch Reibung am Kontaktpunkt oder beim Aufsetzen des Kontaktes angeregt werden. Für die Regelung ist ein Ansatz mittels Ausgangsrückführung vorgesehen. Dazu werden durch Dehnmessstreifen Krümmungen der elastischen Bauteile gemessen und mit Sollkrümmungen aus der Modellinversion verglichen und zurückgeführt. Des Weiteren soll auch die Möglichkeit der Kombination solch eines Regelkonzepts mit Kontaktkraftmessungen untersucht werden. Abschließende Punkte der zweiten Projektphase bilden die numerische und experimentelle Überprüfung der erstellten Methoden anhand einer vorhandenen elastischen Parallelkinematik. Damit soll die praktische Einsetzbarkeit der entwickelten Methoden und Modellen demonstriert werden.Light-weight machine designs are becoming more and more important. This is due to increasing demands for energy efficiency and higher working speeds. However, this often yields undesirable elastic vibrations. If these machines have to perform large working motion, they must be modeled using the method of flexible multibody system dynamics. Also in many practical applications the contact between machines and their environment is becoming increasingly more important. Therefore, this project is aimed at modeling, inversion-based feed-forward control and trajectory control of flexible multibody systems with environment contact. In the first project phase a unified approach was developed for feed-forward control of flexible multibody systems with kinematic loops, permanently closed contacts and trajectory tracking. Thereby, a model inversion method based on so-called servo-constraints has been proven to be most suitable. Based on these encouraging results of the first funding period, the models and methods should be further developed in the second funding period such that an efficient usage in real applications is possible. Besides mythological improvements and numerical tests, selected experimental investigations should also be performed. Therewith the practical applicability of the developed models and methods will be demonstrated. A first goal of the second funding period is the improvement of the numerical efficiency of the boundary value solver for the model inversion. Thus, also for larger problems, a fast feed-forward control computation should become possible. For midsize problems computation times in the magnitude of the real time of the predefined trajectory are sought. The second goal is the improvement of the model accuracy, especially concerning friction modeling as well as an extension to opening and closing of the contact. This yields in both cases non-smooth models, and thus the developed solver of the inverse models must be modified. A third focal point is the combination of the feed-forward control with additional feedback control. Thus, also external disturbances in the elastic coordinates can be controlled. Such disturbances can be vibrations which are caused by friction at the contact point or vibrations excited when the contact closes. This project seeks to establish an output feedback control approach for the control task. Thereby, using strain gauges the curvature of the flexible bodies is measured. These are then compared with desired curvatures which are determined in the inverse model and feed back to the joint actuators. Further, the possibility of combing such a control concept with contact force measurements should be investigated. Final points of the second project phase are numerical and experimental validation of the develop methods using an existing flexible parallel kinematics.