@PhdThesis{duepublico_mods_00022556,
  author = 	{Albadawi Dipl.-Ing., Abdulghani},
  title = 	{Ein Beitrag zur Steuerung und Regelung des hydraulisch angetriebenen Schwerlastroboters ALDURO},
  year = 	{2010},
  month = 	{Jun},
  day = 	{24},
  keywords = 	{kinematic and dynamic of walking robot; hydraulic system; PI- observer; Fuzzy control},
  abstract = 	{Die Tatsache, dass die H{\"a}lfte der Landoberfl{\"a}che der Erde nur zu Fu{\ss} erreicht werden kann und dazu die bereiften Fahrzeuge ihre Effizienz im unwegsamen Gel{\"a}nde verlieren, war den Beweggrund f{\"u}r die Entwicklung autonom operierender mobiler Roboter. Ausgehend von der kinematischen Struktur des menschlichen Beins wurde der vierbeinige rechnergesteuerte Schwerlastroboters ALDURO konstruiert und aufgebaut. 

Laufmaschinen stellen typische Beispiele zeitinvarianter dynamischer Systeme dar, was ihre Steuerung und Regelung erschwert. Daher f{\"u}hren lineare Regelungsans{\"a}tze zu keiner zufriedenstellenden Regelg{\"u}te. In den vorherigen Arbeiten zur Steuerung und Regelung des Laufroboters ALDURO werden die Dynamik des Antriebsystems, die Reibkr{\"a}fte, die Dynamik der Umgebung sowie die auf die Aktoren wirkenden Interaktionskr{\"a}fte bei Auslegung der eingesetzten modellbasierten Lage- und Kraftregelung nicht ber{\"u}cksichtigt, welche das Verhalten des geschlossenen Regelkreises beeinflussen. Dar{\"u}ber hinaus h{\"a}ngt die modellbasierte Regelung von Genauigkeit des mathematischen Modells der Laufmaschine ab. Die Entwicklung der auf Fuzzy-Logik basierten Regelungskonzepte stellt in dieser Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Anpassung der Geschwindigkeitsregelungsparameter f{\"u}r die Antriebe dar, so dass die Regelungsparameter entsprechend der aktuellen Antriebdynamik in jedem Zeitpunkt angepasst werden. Der scharfe Wert des direkten Fuzzy-Geschwindigkeits-reglers wird gem{\"a}{\ss} der auf den Zylinder wirkenden Kr{\"a}fte und der Regelabweichung angepasst. Mit steigender Anzahl der Fuzzy-Mengen der Ein- und Ausgangsgr{\"o}{\ss}en und der Regelbasis steigt die Rechenzeit. Der Vorteil beim Einsatz der Fuzzy-Logik zur Adaption der klassischen Reglerparameter ist die M{\"o}glichkeit, dass auf das Antriebmodell verzichtet werden k{\"o}nnen. Dar{\"u}ber hinaus k{\"o}nnen die Nichtlinearit{\"a}ten im {\"U}bertragungsverhalten ber{\"u}cksichtigt werden. Innerhalb dieser Strukturen wird weiterhin zur Minimierung des Rechenaufwands ein klassischer Regelkern eingesetzt, dessen Parameter durch die Fuzzy-Logik angepasst werden.

Die R{\"u}ckf{\"u}hrungsregelung beruht auf der Tatsache, dass alle Zust{\"a}nde des Antriebs zu jedem Zeitpunkt zur Verf{\"u}gung stehen. Aufgrund der hohen Kosten der Sensorik kommen hier Beobachter zum Einsatz. Die Zust{\"a}nde und die auf den Zylinder wirkenden Kr{\"a}fte der hydraulischen Antriebe werden anhand des modellbasierten Proportional-Integral-Beobachters (PI-Beobachter) gesch{\"a}tzt. Der I-Anteil dient dabei zur Absch{\"a}tzung der Nichtlinearit{\"a}ten und der unbekannten St{\"o}rgr{\"o}{\ss}en des Systems. Durch eine geeignete R{\"u}ckf{\"u}hrungsmatrix wird ein robustes Verhalten des PI-Beobachters erzielt.

Zur Berechnung des geforderten Pumpenvolumenstroms f{\"u}r den Laufroboter ALDURO beim Laufen mit einem periodischen Gangmuster ist die Modellierung des gesamten Roboters sowie der Umgebung in der Simulationsumgebung, wie z. B. MODELICA/DYMOLA erfolgt. Das periodische Gangmuster gew{\"a}hrleistet die statische Stabilit{\"a}t beim Laufen. Die Aufstandkr{\"a}fte werden in Abh{\"a}ngigkeit von der Standphase auf die neun bzw. zw{\"o}lf Zylinder aufgeteilt, wodurch die Druckabf{\"a}lle an den Zylindern ermittelt werden k{\"o}nnen. Darauf basierend wird die hydraulische Antriebsleistung entsprechend dem mechanisch-hydraulischen Wirkungsgrad und der Antriebsdrehzahl berechnet. Durch die Kenntnisse von Durchmesser, Hub und Geschwindigkeit (aus dem Gangmuster) der hydraulischen Zylinder wird eine Berechnung des geforderten Pumpenvolumenstroms durchgef{\"u}hrt. Daher kann die maximale Laufgeschwindigkeit des Roboters unter der Ausnutzung der maximalen Leistung des Antriebsystems abgesch{\"a}tzt werden.},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00022556},
  file = 	{:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00024498/Albadawi_Abdulghani_Diss.pdf:PDF},
  language = 	{de}
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