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CLM-Werkzeugkette

Innovative Produkte des Maschinenbaus leben zunehmend vom engen Zusammenwirken mechanischer, elektrotechnischer, regelungs- und steuerungstechnischer sowie informationstechnischer Komponenten. Ein neuer ganzheitlicher Ansatz bei der Entwicklung solcher Produkte ist daher erforderlich, der in der systematischen Vorgehensweise der Mechatronik seinen Ausdruck findet.
Diese Vorgehensweise lässt sich durch den mechatronischen Entwicklungskreislauf beschreiben. Darin werden ausgehend von der Modellbildung sukzessive die Schritte der Analyse, Synthese, Optimierung und prototypischen Realisierung durchlaufen, bis ein optimal arbeitendes Systemkonzept validiert ist. Auf diesem Wege wird das im Systemkonzept vorhandene Optimierungspotential ausgeschöpft und werden innovative Produkte kostengünstig und in minimaler Zeit realisiert.
Zur Bewältigung dieser umfassenden Entwicklungsaufgabe werden kommerzielle Entwicklungswerkzeuge wie MATLAB/Simulink und dSPACE-Echtzeitsysteme eingesetzt, die als Produktstandard gelten. Die in diesen Entwicklungswerkzeugen enthaltenen Toolboxen und Algorithmen sind sehr leistungsfähig, verlangen aber vom Anwender umfangreiche eigene Programmierung und die vollständige Kenntnis der theoretischen Hintergründe.
Benötigt werden daher Erweiterungen, die es auch weniger geübten Anwendern ermöglichen, umfassende Entwicklungsaufgaben für mechatronische Produkte zu bearbeiten. Aus diesem Grund wurden im CLM auf der Basis von MATLAB/Simulink und dSPACE-Systemen in prototypischer Form Erweiterungen entwickelt, die über eigene graphische Benutzeroberflächen verfügen und der Forderung nach mehr Benutzerfreundlichkeit entsprechen. Die CLM-Tools

unterstützen als geschlossene Werkzeugkette gezielt die einzelnen Stationen des mechatronischen Entwicklungskreislaufs.

Mechatronik

Die CLM-Tools werden in diversen Entwicklungsaufgaben für Industriepartner sowie für eigene Forschungsaufgaben eingesetzt.

Model Generation (MG) Tool: Die Modellbildung bildet die Grundlage der Analyse mechatronischer Systeme und der Entwicklung darauf basierender Steuerungs- und Regelungskonzepte. Ziel der Modellbildung ist es, ein

mechatronisches System durch ein mathematisches Modell zu beschreiben, das auf dem Rechner abgebildet werden kann. Zur Automation der zugehörigen Arbeitsschritte dient das MG-Tool. Dieses Werkzeug stellt eine Funktionsbibliothek für das Formelmanipulationsprogramm MAPLE dar, die es ermöglicht, ausgehend von einer Beschreibung der Systemtopologie nichtlineare und linearisierte parametrische Modelle dreidimensionaler Mehrkörpersysteme in symbolischer Form zu generieren. Die Modelle werden in Form von M-Funktionen und Mechatronik
C-codierten S-Funktionen so erzeugt, dass sie direkt von den Standard-Entwicklungswerkzeugen MATLAB/Simulink importiert werden können.

Trace and Analysis (TA) Tool: Voraussetzung für die Identifikation der Modellparameter ist die experimentelle Ermittlung des Übertragungsverhaltens

Mechatronik des zugehörigen realen Systems. Diese Aufgabe übernimmt das TA-Tool. Basierend auf dSPACE-Echtzeithardware werden geeignete Anregungssignale erzeugt und die Systemantworten erfaßt. Die Weiterverarbeitung der Signale erfolgt auf der Ebene von MATLAB. Das TA-Tool berechnet und plottet auf Knopfdruck ausgewählte Funktionen wie Wahrscheinlichkeitsdichten, Spektren, Korrelationen und Frequenzgänge. Die gleichen Analysemöglichkeiten bestehen im Offline-Modus ohne Echtzeithardware für
Simulink-Modelle. Somit steht aufbauend auf MATLAB/Simulink und dSPACE-Hardwaresystemen die Funktionalität eines Spektralanalysators zur Verfügung.

Parameter Identification (PI) Tool: Mit Hilfe dieses

Tools erfolgt die eigentliche Identifikation der Modellparameter. In einem Optimierungsprozess wird der aus gemessenen und simulierten Zeitantworten und Frequenzgängen gebildete Modellfehler in Abhängigkeit der zu identifizierenden Modellparameter minimiert. Als Ergebnis erhält man einen Parametersatz, der die bestmögliche Übereinstimmung von Modell und realem System ergibt. Die benötigten Zeitantworten und Frequenzgänge können direkt vom TA-Tool und die Modelldateien vom MG-Tool importiert werden. Mechatronik

System Optimization (SO) Tool: Die zentrale Aufgabenstellung bei der Entwicklung eines mechatronischen Systems ist die Optimierung seines Gesamtverhaltens. Dies geschieht bei bereits festgelegter Systemstruktur

Mechatronik durch eine optimale Wahl der freien Parameter, wobei alle Komponenten des Systems (Konstruktion, Steuerung, Regelung, etc.) einbezogen werden können. Diese Station der mechatronischen Produktentwicklung unterstützt das SO-Tool. Es ermöglicht auf der Basis eines Simulink-Modells des betrachteten Systems, das vom MG-Tool importiert werden kann, die Minimierung beliebiger Zielgrößen unter Einhaltung beliebiger Nebenbedingungen, die in Abhängigkeit der Modellvariablen zu formulieren sind. Die Minimierung
erfolgt mit Hilfe der zugehörigen Zeitantworten aus der Simulation.
Als Ergebnis dieses Optimierungsprozesses erhält man einen optimalen Parametersatz. Das resultierende optimale System ist Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung über die prototypische Inbetriebnahme und den Systemtest bis hin zum Serienprodukt.




Letzte Änderung 15. Januar 2015; WWW-Admin webmaster at clm-online.de; Layout Beate Eckert