Verfahren zur Minimierung des Einflusses von Störkräften in lagegeregelten Vorschubantrieben

Die Achsen von Werkzeugmaschinen verwenden zum Positionieren elektromechanische Antriebe. In derartigen Antrieben beeinflusst das mechanische Übertragungsverhalten maßgeblich das Gesamtverhalten. Unter anderen bestimmen die im Antriebsstrang auftretenden Reibungskräfte und die Bearbeitungskräfte, Rückwirkungen des Bearbeitungsvorganges auf den Antrieb, die Positioniergenauigkeit. Beide Kräfte wirken als Störgrößen auf die Lageregelung ein. Diese Arbeit gibt zunächst einen Überblick über Veröffentlichungen, die sich mit der Minimierung von Störungen in der Antriebstechnik auseinandersetzen. Dabei ist festzustellen, dass sich zahlreiche Publikationen mit Reibungsphänomenen befassen, jedoch den Rückwirkungen von Bearbeitungskräften weniger Aufmerksamkeit gewidmet wird. Aus diesem Grund untersucht diese Arbeit an einem einachsigem Spindelantrieb neben der Reibungs- auch die Bearbeitungskraftkompensation. Dazu wurde ein neuartiger Bearbeitungskraftaktuator entwickelt, der aus einem Synchronlinearantrieb besteht. Somit können Bearbeitungskräfte reproduzierbar nachgebildet werden. Die Regel- und Steueralgorithmen zur Lageregelung des Spindelantriebs werden dargelegt. Zur Analyse der Regelstrecke werden zwei Verfahren angewendet. Zum einen werden die Streckenparameter online mit Hilfe eines Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt. Zum anderen wird die Regelstrecke mit Hilfe eines Verfahrens basierend auf der Korrelationsanalyse analysiert. Die Ergebnisse beider Verfahren werden vergleichend analysiert. Zur Verbesserung des Störverhaltens werden verschiedene Regelstrukturen mit einem in dieser Arbeit entwickelten Störkraftbeobachter verglichen. Der Störkraftbeobachter ermittelt die Summe aus Reib- und Bearbeitungskraft. Das ermittelte Signal wird zur Störgrößenaufschaltung verwendet. Simulatorisch und experimentell gewonnene Ergebnisse zeigen, dass das Verfahren mit üblichen Regelstrukturen kombiniert werden kann und dessen Anwendung zu einer Verbesserung des Störverhaltens führen