Entwicklung und Inbetriebnahme eines Versuchsstands für eine magnetisch gelagerte Platte

Wintersemester 2009/10

Kurzfassung

Bei aktiven magnetischen Lagern werden mechanische Lagerungen wie Kugel-, Wälz- oder Gleitlager durch Elektromagnete ersetzt. Das gelagerte Teil wird von den Magneten in der Schwebe gehalten, wodurch die magnetische Lagerung reibungs-, abrieb- und verschleißfrei ist. Eingesetzt werden elektromagnetische Lager daher in der Präzisionsfertigung, in Reinraumanwendungen oder auch in hochtourig drehenden Maschinen. Um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen, ist eine Regelung erforderlich, die ständig die Ströme durch die Magnetspulen einstellt.

In dem Projektpraktikum wurde ein Demonstrator für eine derartige Lagerung realisiert: eine rechteckige Platte, die unter vier Elektromagneten schwebt. Die Platte kann durch Verstellen der Magnetkräfte vertikal bewegt und um zwei Achsen gekippt werden. Zur Stabilisierung der Plattenbewegung um Solltrajektorien wird die Vertikalposition der Platte an vier Punkten berührungslos gemessen. Die Ansteuerung erfolgt mittels industrieller Echtzeithardware, bestehend aus einem Hauptrechner für die Ausführung der Positionsregelung der Platte sowie einer Leistungselektronik-Einheit mit unterlagerten Stromreglern für die Einstellung der Ströme durch die Magnetspulen.

Es wurden mathematische Modelle für die Elektromagnete und die Platte hergeleitet und ein beobachterbasierter Trajektorienfolgeregler mit Trajektorienplanung für die Vertikalposition der Platte und ihre Orientierung um zwei horizontale Achsen entwickelt. Der Regler wurde in Simulationen validiert. Relevante Parameter der Elektromagnete sowie Sensorkennlinien wurden experimentell ermittelt.

Teilnehmer

Timo Kiefer
Eric Meurer
Kai Schmitz 

Betreuer

Prof. Dr.-Ing. habil. J. Rudolph
Dipl.-Ing. L. Kiltz