Ausgeprägte Wechselwirkungen zwischen elektrischem Antrieb und ungleichförmig übersetzendem Getriebe
Das viergliedrige Kurbelgetriebe ist eine kinematische Grundstruktur, die der kinematische Struktur zahlreicher Mechanismen zugrunde liegt. Kurbelgetriebe werden zum Beispiel als Führungsgetriebe eingesetzt, um ein Werkzeug auf einer bestimmten Bahn zu führen oder als Übertragungsgetriebe, um einen festen Zusammenhang zwischen der Antriebsstellung und der Abtriebsstellung zu erzeugen.
Am IGMR wurde ein Prüfstand für die Untersuchung eines viergliedrigen Kurbelgetriebes entwickelt. Das Kurbelgetriebe wird durch einen Synchron-Servomotor angetrieben. Wenn die Reglerparameter des Servoverstärkers nach Anleitung des Herstellers eingestellt werden, zeigen sich deutliche Schwankungen im Verlauf der Antriebsdrehzahl, die auf die ungleichförmige Belastung des Antriebs zurückzuführen sind.
Für das Gesamtsystem des Prüfstandes wurde ein Modell erstellt, um das dynamische Verhalten dieses Systems in einer rein virtuellen Umgebung untersuchen zu können. Bei der Modellerstellung wurde zunächst ein physikalisches Modell derjenigen Teile des technischen Systems aufgestellt, die für das dynamische Verhalten verantwortlich sind. Bei diesem Schritt wurde bereits festgelegt, welche physikalischen Effekte berücksichtigt werden und welche Eigenschaften mit dem Modell beschrieben werden können. Dabei war zu beachten, das die für die Modellbeschreibung eingeführten Modellparameter am realen System mit ausreichender Genauigkeit zum Beispiel durch Berechnung, Messung oder durch Versuche bestimmt werden können.
Modellbasierte Analyse des dynamischen Systems
Letztlich besteht die Aufgabe der Modellbildung darin, das Modell so einfach wie möglich und nur so komplex und aufwendig wie nötig zu entwerfen. Häufig können Mehrkörpermodelle noch vereinfacht und abstrahiert werden, indem äquivalente, auf Gestellachsen reduzierte Ersatzmodelle für Teile des Mehrkörpermodells eingesetzt werden. Diese stark abstrahierten Modelle werden Schwingungsmodell genannt.
Schwingungsmodelle sind aufgrund ihres hohen Abstraktionsgrades besonders gut für eine mathematische Beschreibung und Analyse durch Gleichungen in symbolischer Form geeignet. Die Verwendung von symbolischen Gleichungen bietet zum Beispiel die Möglichkeit, die Relevanz einzelner Parameter für das Bewegungs- oder Stabilitätsverhalten analytisch zu bestimmen.