Magnetisch gelagerte Platte

Beschreibung

Für Lehr- und Forschungszwecke sowie zur Demonstration aktiver Magnetlagertechnologie wurde am LSR ein Versuchsaufbau entwickelt, bei dem eine Platte in einem Magnetfeld schwebt, das von vier oberhalb der Platte angeordneten Elektromagneten erzeugt wird. Die ca. 4,7 kg schwere Platte kann dank flachheitsbasierter Regelungsverfahren unterhalb der Elektromagnete vertikal positioniert werden, wobei Luftspalte von einem bis ca. fünf Millimeter Breite realisiert werden können. Die Ansteuerung der Platte erfolgt mittels industrieller Echtzeit-Hardware, wobei die vertikale Position der Platte berührungslos gemessen wird.

Bisher wurden an der magnetisch gelagerten Platte Algorithmen zur robusten und sensitiven Echtzeit-Erkennung schnell veränderlicher Störkräfte sowie zur automatischen Diagnose von Sensor- und Aktuatorfehlern entwickelt (siehe Ableitungsschätzung und Unstetigkeitserkennung). So können diese Störungen auch schon bei sehr geringer Amplitude kompensiert und eine hochgenaue Regelung der Positionstrajektorien erreicht werden. Dank modellbasierter Ansätze kommen die entwickelten Algorithmen ohne den Einsatz zusätzlicher Sensoren aus. Es wird eine gute Robustheit gegenüber typischen praktisch relevanten Störungen erreicht, wie zum Beispiel gegenüber Messrauschen und nicht modellierten Eigenschwingungen der Platte. Daher ist eine Übertragbarkeit auf andere Anwendungen möglich.

Der Versuchsaufbau wird regelmäßig im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit eingesetzt, so bei der Hannover Messe Industrie 2013, dem Tag der offenen Tür der Universität und Maßnahmen zur Studentenwerbung (siehe Medienecho).

Video: Jonglieren eines Tischtennisballs mit einer im Magnetfeld schwebenden Platte

Die schwebende Platte wird automatisch so angesteuert, dass ein Tischtennisball dauerhaft springt. Die Ballposition wird nicht gemessen. Stattdessen werden Kollisionen zwischen dem 2,7 g schweren Tischtennisball und der 4,7 kg schweren Platte mit Hilfe eines einfachen mathematischen Prozessmodells und algebraischer Schätzverfahren erkannt. Die Schätzergebnisse werden genutzt, um die Platte geeignet zu bewegen.