Regelung von sich gegenseitig beeinflussenden Kräften

[Alex M. (sanik80)]

Hallo,
ich sitze gerade an einem Projekt in dem es um eine Automatisierung 
eines Teststandes geht. Auf dem Teststand werden Rohre getestet. Im Bild 
ist der Testaufbau dargestellt. Das Rohr wird außen gelagert und in der 
Mitte werden zwei Kräfte aufgebracht (mit sogenannten load frames) um 
das Biegemoment einzuleiten. Anschließend wird das Rohr mittels eines 
E-Motors in Rotation versetzt. Die Kräfte werden ebenfalls mit 
Elektromotoren eingestellt in dem eine Spindel die load frames nach 
unten zieht. Zurzeit wird der Antriebsmotor über eine FU angesteuert und 
mittels Poti die Drehzahl eingestellt. Die beiden Motoren für die 
Krafteinstellung werden über Motorenstarter gesteuert. Die 
Motorenstarter werden mit links/rechts Drehtastern betätigt. Die Motoren 
drehen dann mit konstanter Drehzahl. Die Kräfte werden mit 
DMS-Kraftmessdosen gemessen.
Meine Aufgabe ist es die Kräfte automatisch einstellen zu lassen und im 
Betrieb konstant zu halten mittels Labview. Ein Labviewprogramm 
existiert bereits, dass die Kraftsensoren über eine NI USB-6210 Karte 
ausliest.
Das Problem ist, dass die Abstände A und B nicht immer gleich sind. Das 
heißt die Kräfte sind dann auch unterschiedlich. Es könnte also sein, 
dass F1=20 kN  und F2=13 kN sein müssen.
Die Regelung sollte folgendermaßen ablaufen:
Gesteuert werden die Motoren über eine Digitale Karte NI 9472. Zunächst 
findet eine Referenzfahrt statt. Währenddessen werden die Kräfte 
kontinuierlich gemessen und mit den Sollwerten verglichen. Die load 
frames werden dabei von dem Rohr nach oben hin befördert. Die Kräfte F1 
und F2 sind im negativen Bereich, wegen dem Eigengewicht der load 
frames. Anschließend fahren beide load frames nach unten und treffen auf 
das Rohr. Nun beginnt der Kraftaufbau. Irgendwann ist F1 und F2 
annähernd gleichzeitig bei 13 kN angekommen. F2 hält an, da ja die 13 kN 
erreicht sind, aber F1 fährt weiter und entlastet dabei F2. Also wird F2 
nachstellen müssen usw. Da sich die beiden Kräfte gegenseitig 
beeinflussen, finde ich kein vernünftiges Regelungskonzept. Sonst würden 
die beiden Motorenstarter ständig hin und her klackern und die haben 
eine Schaltfrequenz von 2 Hz--> träge. Geht überhaupt eine Regelung, 
wenn ich die Drehzahl der Motoren nicht verändern kann? Könnt ihr mir in 
dieser Hinsicht helfen? Habt ihr vielleicht andere Ideen die Kräfte 
einzustellen?

[Robert L. (lrlr)]

>Sonst würden
>die beiden Motorenstarter ständig hin und her klackern

hin und her klackern mit
Hysterese verhindern?

[Joe F. (easylife)]

Könnte man die Kräfte statt an den Load-Cells auch an den Auflagern 
messen? Wenn A, B und C bekannt sind müsste über die Auflagerkräfte auf 
F1 und F2 geschlossen werden können.

Ich habe es nicht von Hand nachgerechnet, aber wenn Wolfram Alpha recht 
hat, errechnet sich f1 und f2 aus den Lagerreaktionen (l1 und l2, 
l1=linkes Lager, l2=rechtes Lager) wie im Anhang.

Die Eingangsgleichungen sind die Drehmomente durch die eingetragenen 
Kräfte und der Lagerreaktion, die gleich groß sein müssen (ansonsten 
würde sich das Rohr ja drehen (also um eines der Auflager)...)

Update: achso, zu kurz gedacht. Das nützt dir ja genaugenommen überhaupt 
nichts, denn das Problem dass sich f1 und f2 beeinflussen bleibt.
Mist.

Dann könnte man es höchstens über eine Vorhersage der Durchbiegung 
probieren. Wird aber nicht einfach... ;-)

[Alex M. (sanik80)]

Danke schon mal für die Antworten.
Eine Hysterese war auch mein erster Gedanke, diese habe ich auch schon 
realisiert. Ich kann leider mein Programm noch nicht testen, da aktuell 
ein langfristiger Test auf der Maschine läuft. Vielleicht stelle ich mir 
die Einstellung der Kräfte auch viel zu kompliziert vor. Nächste Woche 
werde ich mal das Programm testen.

Mit der Vorhersage der Durchbiegung ist nicht einfach. Die Rohre sind 
immer verschieden und haben teilweise sehr komplexe Geometrien. Deshalb 
ist eine Ermittlung der Biegesteifigkeit recht schwierig.