Die SIG Verpackungsroboterzelle dient zum Verpacken von einzelnen Produkten in grössere Einheiten (z.B. Kartonschachteln). Das PGx übernimmt dabei die Aufgabe der Gruppierung der einzelnen Produkte zu grösseren Einheiten, welche dann vom Verpackungsroboter gegriffen werden. Diese Gruppierung erfolgt durch das wechselseitige Beladen von Produkttaschen, welche auf zwei parallelen Gurtbändern montiert sind. Die Regelung der Gurtbänder erfolgt über einen Servoregler mit Strom- und Geschwindigkeitsfeedback sowie einen überlagerten Positionsloop mit SPS-Achskarte. Da bei dieser Gruppierung von Produkten sehr schnell und genau positioniert werden muss, entsteht bei hohen Produktdurchsatzraten ein Überschwingen auf den Gurtbändern. Dies führt zu Beschädigungen der Produkttaschen beim Aufschliessen des einen Produkttaschenzuges auf den anderen, sowie zuwenig schnelles Einschwingen auf eine Sollposition.

Aufgrund des geschilderten Verhaltens der Gurtbänder ist daraus geschlossen worden, dass sich das PGx ähnlich wie ein Zweimassenschwinger verhalten könnte. Bestätigt werden kann das jedoch erst durch Messungen am realen Modell. Darum ist beschlossen worden, die Studien über verschiedene Regelstrategien am Contraves Modell der ZHW durchzuführen. Das Modell besteht aus einem Antrieb, einer elastischen Welle sowie einer Schwungscheibe (Trägheitsmoment). Am Modell sind verschiedene Regelstrategien ausprobiert und miteinander verglichen worden.

Aus diesen Studien am Contraves Modell kann davon ausgegangen werden, dass mit dem Einsatz eines durch genaues Ausmessen der Regelstrecke bestimmten Notch Filters, sowie das Versetzen des Positionssensors auf die Lastseite eine wesentliche Verminderung des Überschwingens erreicht werden kann. Aufbauend auf dieser Arbeit kann in einer fortführenden Diplom- resp. Projektarbeit das Ausmessen der Regelstrecke sowie die genaue Reglerauslegung erfolgen.

Das Ziel der Diplomarbeit DA Wil 01/2 "Pendelregelung an einem Zweikransystem" war es, anhand eines Labormodells Überlegungen zu einem mechanisch nicht gekoppelten Zweikransystem anzustellen. Es handelt sich dabei um ein Projekt der Firmen Neuweiler und Tuchschmid. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Regelungskonzepte ausgearbeitet und geprüft. Dabei wurden vor allem die Betriebszustände, bei denen die Krane einen Container transportieren, genauer untersucht. Die Betriebszustände "Fahren ohne Last" und "Abstandsanfahren" wurden bereits während zwei vorangegangener Projektarbeiten PA1 Wil 01/2 und PA2 Wil 01/2 betrachtet.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Containern, die unterschiedlich transportiert werden müssen. Die einen können zwischen den beiden Kranen befestigt werden, die andern hängen an Scheren. Im ersten Fall wird mit einer Drehmomentsregelung für jeden einzelnen Kran gearbeitet. Dieser ist eine Geschwindigkeitsregelung überlagert. Bei den an Scheren hängenden Containern besteht die Gefahr, dass diese pendeln. Zur Unterbindung des Pendelns wurden verschiedene Reglerstrukturen geprüft. Neben einem Konzept, das einen klassischen Geschwindigkeitsregler, einen Fuzzywinkelregler, einen Master-Master-Abstandsregler sowie eine Sollwertaufbereitung beinhaltet, wurden verschiedene Zustandsregler entworfen und getestet. Ein weiterer Versuch wurde mit einem reduzierten Geschwindigkeitszustandsregler mit überlagertem klassischem Abstandsregler nach dem Master-Master-Prinzip gemacht.

Um die entworfenen Regelungskonzepte zu testen, stand ausserdem ein Labormodell zur Verfügung. Damit die verschiedenen Regler dimensioniert werden konnten, wurde dieses mathematisch beschrieben und auf dem Computer simuliert. An einem Simulinkmodell des realen Zweikransystems aus Wil_PA2_01/2 sind Überlegungen zur Verwirklichung einer Antischlupfregelung gemacht worden. Dabei erwies sich der Einsatz eines Zweipunktereglers als geeignet für diese Aufgabe

Wer mag sich nicht an die gute alte Holzschaukel auf dem Spielplatz erinnern. Unsere Diplomarbeit beruht auf einem analogen Prinzip dazu. Früher brachten zwei Kinder die Dynamik in die Wippe, diese sind nun durch einen motorisierten Wagen ersetzt worden. Dieser Wagen kann sich auf der gesamten Länge der Schaukel in einer Achse bewegen und ist bemüht das gesamte System in einer Gleichgewichtslage zu halten.

Es ist notwendig ein mathematisches Modell zu erstellen. Mit dem erarbeiteten Abbild der Wirklichkeit, ist es möglich verschiedene Arten von Reglern zu entwerfen und auf ihr Verhalten hin zu prüfen. Dank der Software WinCon ist eine Einbindung der Hardware in einen Simulinkloop sehr komfortabel. Wie haben uns im Wesentlichen für drei Grundstrukturen eines Regelkreises entschieden, ein klassisches System, ein Zustandsregler und ein Fuzzyregler. Mit der Zustandsregelung konnte innert kurzer Zeit eine gut funktionierende Variante gefunden werden. Wogegen der klassische und der Fuzzyregler sehr viel Zeit in Anspruch nahmen, bis ein gutes Ergebnis erzielt werden konnte. Der Fuzzyregler zeigte sich als hartnäckigster Kandidat, es gelang auch nicht die guten Resultate seiner Gegner zu erreichen. Dennoch zeigen alle Regler ein Spezialgebiet auf, in welchem sie von den Anderen ungeschlagen bleiben.

Als Krönung der regelungstechnischen Ausbildung widmeten wir uns einem MIMO System. Die Wippe wird mit einem gleichen zweiten System ergänzt, der zweite Wagen besitzt ein aufrechtes Pendel, welches in einer Achse drehbar gelagert ist. Um das Problem in den Griff zu bekommen, musste ein neues, erweitertes Modell aufgesetzt werden. Anfänglich versuchten wir die beiden Systeme (Wippe und Pendel) zu entkoppeln, dieser Weg zeigte sich als zu hindernisreich. Es gelang uns aber trotzdem ohne Auftrennung ein Zustandsregler zu entwerfen, welcher die nötigen Fähigkeiten besitzt um das Gesamtsystem sowohl theoretisch als auch real zu stabilisieren.