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Stellglieder für adaptive mechanische Systeme
Projektbearbeiter:
J. Weiser
Finanzierung:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ;
Piezoelektrische Aktuatoren sind aufgrund ihrer geringen Reaktionszeit, ihrer hohen Stellgenauigkeit und ihres niedrigen Energiebedarfs gut zur aktiven Schwingungsunterdrückung und Formregelung geeignet. Sie besitzen ein hohes Forschungs- und Innovationspotential und finden in industriellen Anwendungen ein immer breiter werdendes Eisatzfeld. Sie erzeugen hohe Stellkräfte von mehreren kN bei Stellwegen im µm-Bereich. Als typische Anwendungungsfelder seien hier die Feinspositionierung, Schallunterdrückung und Schwingungsdämpfung genannt. Ziel des Projektes ist die Untersuchung, Modellierung und Optimierung des Betriebsverhaltens piezoelektrischer Stapelaktoren. Die Entwicklung und Optimierung neuer Stellsysteme auf piezokeramischer Basis setzt eine fundierte Kenntnis des Systemverhaltens von Piezokeramiken voraus. Es wurde daher ein mathematisches Modell entwickelt, das die Dynamik einschließlich nichtlinearer Effekte, wie z.B. das ausgeprägte Hystereseverhalten, abbildet. Das Modell wird durch einen Satz von Parametern charakterisiert, die aus speziellen Messungen ermittelt werden. Auf diese Weise ist eine Anpassung unterschiedlicher Aktortypen an das Modell möglich. Es dient als Grundlage zur Simulation und Untersuchung komplexer Wechselwirkungen zwischen der piezokeramischen Stelleinheit, der mechanischen Trägerstruktur, äußeren Anregungen und der elektrischen Ansteuerung. Die Entwicklung eines neuartigen Ansteuer- konzeptes stellt einen weiteren Schwerpunkt des Projektes dar. Herkömmliche Ansteuerungen besitzen den Nachteil, daß hohe Spannungen (einige 100 Volt) zur Verfügung gestellt werden müssen, sich hohe Betriebsströme einstellen und der Wirkungsgrad gering ist. Es wird daher ein neues Schalt- reglerkonzept auf der Basis von Ladungsrückführungen entwickelt, welches die genannten Nachteile nicht besitzt und mit niedrigen Spannungen gespeist werden kann. Der zentrale Regler wird in modernster FPGA-Technologie rea- lisiert und ist frei programmierbar. Eine hoheF lexibilität für verschiedene Anwendungsfälle ist daher mit relativ geringem Aufwand sichergestellt. Hierdurch steht der Anwendung piezokeramischer Stellsysteme eine Vielzahl von neuen Einsatzmöglichkeiten offen.

Schlagworte

System, adaptives mechanisches
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