Gleitlagerungen sind aufgrund ihres einfachen und robusten Aufbaus häufig verwendete Alternativen zu Wälzlagern. Flüssigkeitsgeschmierte Gleitlager lassen sich bzgl. ihrer Betriebsweise in hydrodynamische und hydrostatische Wirkprinzipien unterteilen. Aktuelle Entwicklungstrends, insbesondere bei Gleitlagerungen für Schiffswellen, fordern hohe Tragfähigkeiten bei reduziertem Platzbedarf. Gleichzeitig sollen Lagerungen eine hohe Robustheit bei minimalem Energieaufwand für die Schmierölversorgung aufweisen. Vorhandene technische Lösungen wie z.B. hydrodynamische Gleitlager werden diesen Anforderungen jedoch nur unzureichend gerecht. Beispielsweise weißen energetisch optimierte Systeme meißt eine unzureichende Robustheit oder einen sehr hohen Platzbedarf auf.

Im Rahmen des Forschungsprojektes HYDROS wurde ein Gleitlagerungssystem entwickelt, welches die Vorteile hydrodynamischer und hydrostatischer Wirkprinzipien kombiniert, um damit den aktuellen Forderungen gerecht zu werden. Ein daraus abgeleitetes Steuerungskonzept sieht eine bedarfsgerechte Schmierölversorgung der einzelnen Lagertaschen vor, welche durch ein vollkommen neu entwickeltes druckgesteuertes Schieberventil realisiert wird. Entsprechend des in der Lagertasche herrschenden Druckes erfolgt eine diskrete Steuerung des Zulaufwiderstandes und damit des Schmierölstromes. So wird der nicht benötigte Volumenstrom an den unbelasteten Lagertaschen abgeschaltet. Das in einem kompakten Patronendesign realisierte Ventil lässt sich seh einfach in die Lagerkonstruktion integrieren und übernimmt weitere Sicherheitsfunktionen wie z.B. die Gewährleistung des Notlaufbetriebes oder die Aufnahme von hohen Lastspitzen. Das bewusst einfach gehaltene Design garantiert eine hohe Robustheit und damit eine hohe Verfügbarkeit des gesamten Lagers.

Der Beitrag beschreibt zunächst die Funktionsweise sowie die spezifischen Eigenschaften des hydrostatisch-hydrodynamischen Kombilagers und geht im Weiteren auf die Funktion der Zulaufwiderstände ein. An den oben genannten Anforderungen werden mehrere Realisierungsmöglichkeiten der Zulaufwiderstände vergleichend bewertet. Aufgrund vielfältiger Vorteile wird auf die Variante mit druckgesteuertem Schieberventil (Druckwaage) tiefergehend eingegangen. Anhand ausgewählter konstruktiver Aspekte berichtet der Beitrag über die simulationsgestützte Auslegung und Dimensionierung des Ventils. Anhand von Messungen an den gefertigten Ventilprototypen wird die Funktionalität bewertet und mit den Ergebnissen der Simulation verglichen. Die vollständige Validierung der Steuerungsvariante mit den neu entwickelten Ventilen erfolgt an einem Lagerprüfstand im Maßstab 1:1. Anhand der Meßergebnisse wird die neu entwickelte Steuerungsvariante mit etablierten Lösungen verglichen und bewertet. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf alternative Applikationsfelder ab.

Bei der Entwicklung von Regelungsansätzen zur hochgenauen Positionierung oder Trajektorienfolge mittels hydraulischer Zylinderantriebe spielt neben der geforderten Dynamik und Genauigkeit auch die Robustheit eine immer größere Rolle. Für sich wiederholende Positionieraufgaben oder Solltrajektorien sind iterativ–lernende Regelungen besonders gut geeignet, verbleibende Modellfehler oder unbekannte konstante Störeinflüsse zu kompensieren und liefern bereits nach wenigen Iterationen sehr geringe Positionier- bzw. Trajektorienfolgefehler. Hierzu werden insbesondere Informationen zu den Regelfehlern aus vorherigen Durchläufen genutzt und im aktuellen Zyklus zu einer Korrektur des Stellgrößenverlaufs verwendet. Ein allgemeiner Überblick über iterativ lernende Algorithmen wird in [1] und [2] gegeben.

Im vorliegenden Beitrag wird eine normoptimale iterativ-lernende Trajektorienfolgeregelung [3] auf Basis eines nichtlinearen regelungsorientierten Modells für einen servo–hydraulischen Zylinder – nachfolgend als Positionierzylinder bezeichnet – entworfen und an einem Prüfstandsaufbau experimentell validiert. Der zur Validierung des Regelungskonzepts verwendete Prüfstandsaufbau besteht aus zwei gekoppelten hydraulischen Zylindern: Auf der linken Seite ist der positionsgeregelte Positionierzylinder dargestellt, welcher durch ein Proportionalventil angesteuert wird. Zur reproduzierbaren Einprägung nachgebildeter Störkraftverläufe auf den positionsgeregelten Zylinder dient ein hochdynamischer, kraftgeregelter Servozylinder. Die Kraftregelung wird in diesem Beitrag durch einen modellbasierten nichtlinearen Ansatz realisiert, der Rückwirkungen infolge der Verschiebung durch den Positionierzylinder berücksichtigt.

Der Beitrag gliedert sich in die folgenden Abschnitte: Nach einer kurzen Einleitung, in der die Problemstellung erläutert wird, wird die regelungsorientierte Modellbildung des Prüfstands beschrieben, wobei vorteilhaft eine Aufteilung in ein hydraulisches und ein mechanisches Teilsystem vorgenommen wird. Die Modellbildung führt auf ein System von nichtlinearen gewöhnlichen Differentialgleichungen. Aufbauend auf dem Entwurfsmodell werden für den Positionierzylinder eine Positionsregelung auf Basis einer normoptimalen iterativ–lernenden Regelung und für den Servozylinder eine modellbasierte Kraftregelung entworfen. Die Implementierung der Prüfstands–Regelungsstruktur zeigt einen schnellen Abfall des Trajektorienfolgefehlers bei mehrfachem Durchlaufen einer vorgegebenen Solltrajektorie. Bei unbekannten, aber sich wiederholenden Störkraftverläufen verschlechtert sich zunächst das Folgeverhalten; bereits nach wenigen Iterationen kann aber mit dem vorgeschlagenen Regelungskonzept wieder ein präzises Folgeverhalten auf dem Niveau vor Aufschaltung der Störkraft erreicht werden. Es zeigt sich weiterhin, dass die erzielten maximalen Trajektorienfolgefehler deutlich unter denen einer Kompensationsstrategie mittels Störbeobachtern liegen.

Literatur:
[1] D.A. Bristow, M. Tharayil, and A.G. Alleyne: A survey of iterative learning control. IEEE Control Systems Magazine, 26(3):96-114, 2006.
[2] K.L. Moore: Iterative learning control: An expository overview. Applied and Computational Control, Signals and Circuits, 1:151-214, 1999.
[3] N. Amann, D.H. Owens, and E. Rogers: Iterative learning control for discrete-time systems with exponential rate of convergence. IEEE Proceedings: Control Theory and Applications, 143(2):217-224, 1996.

The metal powder compaction (MPC) presses driven by electro-hydraulic servo system (EHSS) without mechanical limit of the die offer several advantages over the ones driven by on-off hydraulic system with die limit in manufacturing many classes of powder forming products. The former ones make the process of production more flexible, as a result, it is more feasible and more efficient to produce various shapes of parts. The quality of green compacts is also higher. To improve the quality of green compacts produced further, bidirectional pressing and floating pressing are required in manufacturing process, thus the proposed MPC press is configured with two punches (named upper punch and lower punch) driven by two EHSSs respectively. To guarantee these advantages, precise force/motion control of the two punches is crucial. It is a challenging work to design a well performed controller for the proposed press due to multivariable regulation and coordinate of multi-actuator in the sophisticated forming process as well as high nonlinearity and parameter uncertainty of the hydraulic system etc. To address all these issues, a systematic MIMO adaptive robust control (ARC) method is employed in this paper. First, a control oriented model is constructed to describe the system dynamics concerning the nonlinearity and parameter uncertainty. Then the model is divided into two subsystems corresponding to EHSSs respectively. Force regulation and motion control are assigned to the two subsystems separately. It is obviously that the whole system is a typical MIMO nonlinear system with semi-strict feedback form. At last, ARC control law, which achieves disturbance rejection by robust term and estimates uncertain parameter on-line by adaptive law, is derived by backstepping design based on Lyapunov function. With the resulting ARC control law plus trajectory initialization applied, the stability, tracking transient and final tracking accuracy are guaranteed. Examples are performed on a 1000kN MPC press prototype, and the results validate the effectiveness of the proposed ARC controller in practical application.

This study aims to develop a leveling position control and anti-vibration control of the four-axial pneumatic isolation table system with novel PWM-driving parallel dual-on/off Valves. A novel concept using parallel dual-on/off valves with PWM control signals is implemented to realize active control and to improve the conventional pneumatic isolation table that supported by four pneumatic cushion isolators. In this study, the cushion isolators are not only passive vibration isolation devices, but also pneumatic actuators in active leveling position control and anti-vibration control. Four independent closed-loop position and velocity feedback control system are designed and implemented for the four axial isolators. In the controller design, the adaptive sliding-mode controller is used to deal with the uncertainty and time-varying problems of pneumatic system.
Finally, the experiments on the four-axial pneumatic isolation system for the synchronous position and trajectory tracking control as well as the anti-vibration control, including no-load and loading conditions. The synchronous position control with master-slave method is also implemented in order to verify that the controller for each cushion isolator can realize good performance of the leveling position control and the anti-vibration control.