Der Beitrag beschäftigt sich mit dem nichtlinearen Trajektorienfolgereglerentwurf für das Laborexperiment Helikopter 3DOF der Firma Quanser. Dieses Labormodell gehört zur Klasse von Starrkörpersystemen mit drei mechanischen Freiheitsgraden und zwei Stelleingängen. Es ist bekannt, dass der systematische Entwurf nichtlinearer Regler für diese Klasse von Systemen um Größenordnungen schwieriger ist verglichen mit dem Fall, dass für jeden Freiheitsgrad ein Stelleingang zur Verfügung steht. Es wird gezeigt, dass unter gewissen im gesamten Arbeitsbereich zulässigen vereinfachenden Annahmen das mathematische Modell konfigurationsflach ist, das heißt, das System ist differenziell flach mit flachen Ausgängen, die nur Funktionen der verallgemeinerten Lagekoordinaten des mechanischen Systems sind. Die Reglerentwurfstheorie basiert dabei auf einer Beschreibung des Starrköpersystems auf einer Riemannschen Mannigfaltigkeit mit der kinetischen Energie als natürlich gegebene Riemannsche Metrik. In einem ersten Schritt wird ein nichtlinearer Trajektorienfolgeregler mit linearer Fehlerdynamik und Integralanteil mit Hilfe einer quasi-statischen Zustandsrückführung entworfen. In einem zweiten Schritt erfolgt der Entwurf des Trajektorienfolgereglers auf Basis der Theorie der exakten Linearisierung mit dynamischer Erweiterung. Die experimentellen Ergebnisse beider Reglerentwürfe werden gegenübergestellt und diskutiert. Insbesondere der Reglerentwurf basierend auf der quasi-statischen Zustandsrückführung zeigt ein hervorragendes Führungsverhalten, welches durch lineare Regelungskonzepte in dieser Form nicht erzielt werden kann.

    This contribution is devoted to the nonlinear tracking control problem of the laboratory experiment helicopter 3DOF distributed by Quanser. The laboratory experiment belongs to the class of mechanical systems with three degrees-of-freedom and two control inputs. It is well known that the systematic design of nonlinear controllers for underactuated mechanical systems is a challenge compared to fully actuated systems. On certain simplifying assumptions, which very well apply to the operating range of practical interest, we can show that the mathematical model is configuration flat. Thereby, a mechanical system is said to be configuration flat if it is differential flat and the flat outputs solely depend on the generalized coordinates of the mechanical system. The controller design is based on a formulation of the mechanical system on a Riemannian manifold where the kinetic energy serves as a natural Riemannian metric. In a first step a nonlinear tracking controller including an integral part in the linear error system is designed by means of a quasi-static state feedback. In a second step the design of the tracking controller is based on the theory of exact linearization utilizing the so-called dynamic extension algorithm. The experimental results of both controllers are compared and discussed in detail. In particular, the quasi-static state feedback controller shows an excellent tracking behaviour. The performance as being obtained by the nonlinear controller cannot be achieved by conventional linear control strategies.


    Zugriff

    Zugriff über TIB

    Verfügbarkeit in meiner Bibliothek prüfen

    Bestellung bei Subito €


    Exportieren, teilen und zitieren



    Titel :

    Nichtlineare Trajektorienfolgeregelung für einen Laborhelikopter


    Weitere Titelangaben:

    Nonlinear tracking control for a helicopter laboratory experiment


    Beteiligte:
    Kugi, Andreas (Autor:in) / Kiefer, Thomas (Autor:in)

    Erschienen in:

    Erscheinungsdatum :

    2005


    Format / Umfang :

    8 Seiten, 8 Bilder, 16 Quellen



    Medientyp :

    Aufsatz (Zeitschrift)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch




    Robuste Trajektorienfolgeregelung elektromagnetischer Shaker

    Herrmann, M. / Ulbrich, H. | Tema Archiv | 2007


    Robuste Totzeit- und Dynamikkompensation für Trajektorienfolgeregelung

    RATHGEBER CHRISTIAN / WINKLER FRANZ | Europäisches Patentamt | 2020

    Freier Zugriff

    Stationär genaue und kooperative Trajektorienfolgeregelung

    NITZSCHE NORBERT / ODENTHAL DIRK / RATHGEBER CHRISTIAN et al. | Europäisches Patentamt | 2019

    Freier Zugriff

    Störgrößenkompensation und Trajektorienfolgeregelung eines vollautomatisierten, einspurigen Fahrdynamikerprobers

    Hans, Stefan / Technische Universität Dresden / Eric Cuvillier, Firma | GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2022