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Zur Modellierung und Kompensation dynamischer Reibung in Aktuatorsystemen
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modellierung und Kompensation dynamischer Reibung in
Aktuatorsystemen. Kinetische Reibung in Mechanismen ist eine der signifikantesten Nichtlinearitäten
im System, welche einerseits als natürlicher Dämpfungsfaktor fungiert anderseits die maßgeblichen
Regelungsfehler sowie Grenzzyklen und Stick-Slip-Effekte verursachen kann. Im Rahmen dieser
Arbeit werden die Modelle dynamischer Reibung aus dem neusten Stand der Technik analysiert und
im Kontext einer regelungstechnischen Kompensation der Reibung einander gegenüber gestellt. Ein
weiteres, neu entwickeltes Modell dynamischer Reibung wird eingeführt und mit den bereits
existierenden Ansätzen verglichen. Ferner liegt der Schwerpunkt der Arbeit auf der modellgestützten
Kompensation dynamischer Reibung. In Ergänzung zu einer eher klassischen Feed-Forward
Kompensation werden zwei neuartige, beobachtergestützte Ansätze vorgestellt und auf ihre
Tauglichkeit sowohl theoretisch als auch experimentell geprüft. Drei verschiedene Aktuatorsysteme
werden zur Evaluierung des vorgestellten Reibungsmodells angewendet, wobei eines von diesen
auch der Integration und Evaluierung der entwickelten Kompensationsstrategien dient.This thesis is concerned with the modeling and compensation of dynamic friction in actuator
systems. Kinetic friction is one of the most significant nonlinearities acting in mechanisms. On the
one hand, it serves as a natural damping in the system. On the other hand, the friction can lead to
significant control errors and can provoke the limit cycles and stick-slip effects. In this work, the
state-of-the-art models of dynamic friction are analyzed and considered facing one another in the
context of control-oriented friction compensation. A novel developed dynamic friction model is
introduced and compared with other well-established modeling approaches. The second focus of this
work is on the model-oriented compensation of dynamic friction. Two novel observer-based
approaches are proposed in addition to a rather classical feed-forward compensation scheme. The
suitability of the proposed control strategies is proved both theoretically and with experiments.
Three different actuator systems are used to evaluate the presented friction model. One of them
serves also for the integration and evaluation of the developed compensation methods