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Zwei-Freiheitsgrade-Struktur zur robusten Radschlupfregelung für Antiblockiersysteme
Die Regelung des gebremsten Rades eines gummibereiften Fahrzeugs stellt seit vier Jahrzehnten
Generationen von Ingenieuren vor schwierige Herausforderungen und es wurden bereits zahlreiche
Ansätze dazu erdacht und implementiert. Eine wesentliche Herausforderung der Regelstrecke
ist die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit skalierte Dynamik, wenn der Radschlupf als relative Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen Fahrzeug und Radaufstandspunkt geregelt werden soll, sowie
die hohe Nichtlinearität der Reifenkraftschlusskennlinie in Abhängigkeit des Schlupfes. In der
tatsächlichen Implementierung kommt darüber hinaus noch der Abtastcharakter der Regelung auf
einem digitalen Mikrocontroller hinzu, der im Rahmen dieser Arbeit systematisch in den Entwurf
mit einbezogen werden soll. Dazu wird zuerst ein physikalisches Modell des Fahrzeugs
einschließlich der Bremsenaktorik aufgestellt und dieses anschließend mittels Strukturmaßen untersucht
sowie Schlüsse für die notwendige Reglerstruktur aus dieser Untersuchung abgeleitet.
In dieser Arbeit wird ein modellbasierter Ansatz zur Regelung des Radschlupfes vorgeschlagen,
der aus einer Zwei-Freiheitsgrade-Struktur mit nichtlinearer modellbasierter Vorsteuerung und einer
robust entworfenen Rückführung mittels Gain-Scheduling besteht. Für die Vorsteuerung wird
ein Ansatz über die exakte Eingangs-/Ausgangslinearisierung gewählt, mit dem sich das nichtlineare
System bezogen auf das Ein-/Ausgangsverhalten wie ein lineares System regeln lässt. Für
die Rückführung wird ein Gain-Scheduling über die Schedulingparameter Fahrzeuggeschwindigkeit
und Radschlupf durchgeführt, um den durch die hohe Parameterunsicherheit in der Reifenkennline
und die reziproke Abhängigkeit der Systemdynamik von der Geschwindigkeit variablen
Parameterbereich in kleinere Unsicherheitsbereiche zu unterteilen, für die anschließend ein linearer
Regler mit fester Struktur über die Methode der robusten Polbereichsvorgabe entworfen wird.
Basierend auf diesem Schlupfregler wird in einem zweiten Schritt ein Algorithmus verwendet,
der in der Lage ist, das Maximum der Reibwertkennlinie einzuregeln, um den verfügbaren Kraftschluss
bestmöglich auszunutzen, das sog. Extremum Seeking. Der gesamte Reglerentwurf erfolgt
dabei rein zeitdiskret, um die charakteristischen Effekte der Diskretisierung bei einer digitalen Regelung
behandeln zu können.
Die vorgeschlagene Reglerstruktur wird dabei in Simulationen für unterschiedliche Reibwerte der
modellbasierten Vorsteuerung und der realen Strecke untersucht und dabei gezeigt, dass die Regelung
mit Extremwertsuche auch in der Lage ist, das Maximum zu finden, wenn die Reibwertkurve
ihr Maximum verändert
Neurocontrol of a cantilever beam
Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Civil and Environmental Engineering, 2000.Includes bibliographical references (p. 173-174).by Nicolas Aplincourt.S.M