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Modellparameteridentifikation für Drehmomentaufnehmer basierend auf Messdaten

13.10.2015

Die dynamische Kalibrierung von Drehmomentaufnehmern erfordert die Modellierung der Messeinrichtung und des Aufnehmers. Die dynamischen Eigenschaften des Aufnehmers werden durch die Modellparameter, die anhand von Messdaten identifiziert werden sollen, beschrieben. Die Modellparameteridentifikation erfolgt basierend auf zwei Übertragungsfunktionen, die aus den Messdaten gebildet werden. Die Implementierung der Parameteridentifikation wird vorgestellt und an einem Beispiel illustriert.

Die Modellierung erfolgt als lineares zeitinvariantes System und besteht aus einer Kombination von Massenträgheitsmoment-Elementen, die durch Torsionsfeder-Dämpfer-Elemente verbunden sind. In Bild 1 ist die Messeinrichtung mit dem zugehörigen Modell dargestellt. Die Eigenschaften der Messeinrichtung (blau dargestellt) wurden mit anderen Verfahren vorher bestimmt [1], [2]. Orange dargestellt sind die unbekannten Modellparameter des Aufnehmers, die basierend auf den Messdaten identifiziert werden sollen.
 

Bild 1: Dynamische Drehmomentmesseinrichtung (links) und die entsprechende Modellkomponenten (rechts) der Messeinrichtung (blau) und des Aufnehmers (orange).

Für die Messung wird der Wellenstrang der Messeinrichtung mit sinusförmigen Schwingungen verschiedener Frequenzen angeregt und die Winkelbeschleunigung am Fußpunkt, die Winkelposition am Kopfpunkt und das Ausgangssignal des Aufnehmers aufgezeichnet.

Für die Parameteridentifikation werden aus den Messdaten zwei Übertragungsfunktionen gebildet, die das Verhalten des oberen und des unteren Teils des Wellenstrangs der Messeinrichtung beschreiben. Die gesuchten Modellparameter des Aufnehmers werden anhand der Messdaten bestimmt. Eine Schätzfunktion nähert dafür die Modellfunktion so an die Messdaten an, dass die Abweichungen möglichst klein sind. Hierfür können verschiedene Schätzer Anwendung finden [3]. In einem ersten Schritt wurde ein Maximum-Likelihood-Schätzer, der einen guten Kompromiss zwischen der Unsicherheit des Ergebnisses und der erforderlichen Kenntnis über das System darstellt, gewählt.

Erste Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung von Messdaten und der Modellfunktion. Die ermittelten Modellparameter des Aufnehmers sind plausibel.

Das Verfahren ist detailliert unter [3] beschrieben.

Literatur:

[1] Leonard Klaus, Thomas Bruns and Michael Kobusch, “Modelling of a dynamic torque calibration device and determination of model parameters”, Acta IMEKO, vol. 3 (2), Seiten 14-18, Juni 2014, acta.imeko.org/index.php/acta-imeko/article/viewFile/IMEKO-ACTA-03%20%282014%29-02-05/253

[2] Leonard Klaus and Michael Kobusch, “Experimental Method for the Non-Contact Measurement of Rotational Damping”, Proc. of Joint IMEKO International TC3, TC5 and TC22 Conference 2014, Kapstadt, Südafrika, Februar 2014, http://www.imeko.org/publications/tc22-2014/IMEKO-TC3-TC22-2014-003.pdf

[3] Leonard Klaus, “Identification of Model Parameters of a Partially Unknown Linear Mechanical Systemfrom Measurement Data”, Proc. of XXI IMEKO World Congress 2015, Prag, Tschechische Republik, 2015, www.imeko.org/publications/wc-2015/IMEKO-WC-2015-TC3-050.pdf

Ansprechpartner:

Leonard Klaus, FB 1. 7, AG 1. 73, E-Mail:Opens window for sending email leonard.klaus(at)ptb.de
Michael Kobusch, FB 1. 7, AG 1. 73, E-Mail: Opens window for sending emailmichael.kobusch(at)ptb.de