Entwicklung eines Hardware-in-the-Loop-Prüfstands und modellbasierte nichtlineare Regelung für hydrostatische Getriebe

Hydrostatische Fahrantriebe werden aufgrund ihrer Vorteile vor allem bei schweren und langsam fahrenden Arbeitsmaschinen eingesetzt. Bei ihrem Einsatz sind sie dabei vielfältigen Anforderungen hinsichtlich Betriebssicherheit und Emissionsgrenzen unterworfen. Andererseits zählen für den Anwender des Produkts hauptsächlich die wirtschaftlichen Aspekte. Neben der Produktivität und Funktionalität sollen die Forderungen nach Ergonomie und einfacher Handhabung erfüllt werden. Um diesen und den zukünftigen Herausforderungen zu entsprechen, kann das Potential moderner Entwicklungsmethodik und systemdynamischer Ansätze genutzt werden.Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zum Einsatz von systemdynamischen Methoden bei fluidtechnischen Antrieben liefern. Basierend auf dem Stand der Technik bezüglich aktuell eingesetzter Steuerungs- und Regelungskonzepte werden innovative Ansätze aus der industriellen Forschung vorgestellt. Diese neuen Ansätze und Algorithmen werden aus Kostengründen in der Praxis an Hardware-in-the-Loop-Prüfständen (HiL) untersucht, die bereits in der Entwicklungsphase wertvolle Erkenntnisse liefern können. Dazu wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Entwicklung und Inbetriebnahme eines solchen Prüfstands vorgestellt, der die vollständige Nachbildung eines hydrostatischen Fahrantriebs ermöglicht. Nach der detaillierten Modellbildung des Fahrantriebs zur simulativen Validierung und zum Einsatz in weiterführenden Simulationen werden die für den späteren Regelungsentwurf benötigten Parameter der Prüfstandskomponenten experimentell identifiziert, um eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen Modell und Realität zu erreichen. Dies konnte durch den Einsatz geeigneter Optimierungsverfahren erreicht werden. Im Zuge dieser Untersuchungen wurden u.a. die Statik und Dynamik der Verdrängungseinheiten der eingesetzten Hydrokomponenten detailliert betrachtet.Im Rahmen der Reglersynthese wird ein flachheitsbasierter Ansatz mit verschiedenen Methoden zur Fehlerstabilisierung verfolgt. Nach umfangreichen Simulationsstudien wurde dieser Ansatz mit Erfolg am HiL-Prüfstand umgesetzt. Das bereits gute Folgeverhalten bezüglich der Sollgrößen konnte mit Hilfe von nichtlinearen Störbeobachtern und vorhergehender Kompensation der Nichtlinearitäten der Aktoren nochmals verbessert werden. Zukünftige Arbeiten können die Möglichkeiten des Prüfstands voll ausnutzen und den Einsatz innovativer Regelungsansätze untersuchen.