📊 Resultate Messung¶
Autor: Roman Berti -Datum: 18.08.25 -Versuchsbezeichnung:
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1. Bearbeitete Punkte¶
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- Wie besprochen habe ich das verhalten der Achse untersucht, nach dem "Betriebstemperatur" erreicht wurde. -
- Ebenfalls habe ich begonnen mit der Optimierung des Regelkreises. -
- Nach Recherche habe ich eine grobe Temperatur kompensation modelliert aufgrund eine Papers der EFEL über einen Aufbau mit vergleichbahren genauigkeitsanforderungen -
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Messung X-Achse¶
Es wurde über Nacht gemessen, mit einer Zykluszeit von 20s. Dammit wurde die Aufheizzeit verkürzt und mehr messungen durchgeführt wie mit einer Zykluszeit von 50s. In der Zeit, in der die Raumtemperatur konstant/glatt gestiegen und die Baugruppe aufgeheizt ist konnten akzeptable resultate erreicht werden. Die Temperaturschwankungen am Morgen hatten einen erheblichen einfluss auf die x Achse. Es ist noch ein leichter Anstieg erkennbar welcher eine korrelation zu der Raumtemparatur aufweist.
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|---|---|
| Messdauer | -15.5h | -
| Zyklusszeit | -20s | -
Stabiler Zeitrahmen¶

Gesamte Messung¶

Raum Temperatur¶
Die Raumtemperatur ist über den "stabilen" Zeitraum konstant gesunken, was Statistisch eine starke negative korrelation mit der Position der X Achse hat.
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Messdung Y-Achse¶
Die Messugn lief über die Nacht, jedoch ist um ca. 0200 am 19.08.25 die Messung automatisch gestopt worden durch ein fehler and er Achse 1. Die ürsache dafür ist nicht bekannt. In der Zeit dafor verief die Messung jedoch normal.
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|---|---|
| Messdauer | -6h | -
| Zyklusszeit | -60s | -
Stabiler Zeitrahmen¶

Gesammmte Messung¶

Temperatur¶
"""Die Raumtemperatur ist über den "stabilen" Zeitraum konstant gesunken, was Statistisch eine starke negative korrelation mit der Position der X Achse hat."""
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Raum Temperatur¶

Temperataurkorrektur¶
Von der EPFL gibt es ein Paper, welches sich mit der Thematik von thermischen Einflüssen bei "high precision positioning" befasst. (THERMAL BEHAVIOR OF AN ULTRA HIGH-PRECISION LINEAR AXIS OPERATING IN INDUSTRIAL ENVIRONMENT Emanuele Lubrano, Prof. Reymond Clavel) In diesem Paper wurde eine 10x verbesserung erreicht. Ich habe die verwendeten Methoden getestet (etwa 40' investiert). Ich habe ein modell annhanden von einer Statischen Messung berechnet und dann an den neuen Daten(oben) getested. Ich konnte eine erhebliche verbesserung erzielen.
-Kleine unterschiede konnte ich schon nach einem kleinen Datensatz korrigieren, bei grösseren Unterscheiden überreagiert das Modell noch etwas... das könnte aber mit bessere Datenaufberreitung und mehr Daten erheblich verbessert werden.
-| Farbe | -Typ | -STD [um] | -
|---|---|---|
| orang | -Korrigiert | -0.0797 | -
| blau | -Messung | -0.2358 | -

Aktuelle einschätzung (X-Achse)¶
Es kann mit dem aktuellen Aufbau in einer Kontrollierteren umgebung die geforderte Präzission erreicht werden. Es könnte mit relativ wenig Aufwand durch einbindung von 3-12 Temperatursensoren noch eine spürbare Verbesserung erreicht werden.
-Controller tuning X- Achse¶
Der Geschwindigkeits regler war sehr vorsichtig eingestellt. Von Beckhof ist ein PI-Regler vorgegeben jedoch wäre ein Lead regler mit DC-Verstärkung besser gewesen. Ich konnte trotzdem die Bandbreite verdoppeln. Die Dämpfung ist knapp unter dem Idealwert und kann bei Bedarf noch reduziert werden.
-| Geschwindigkeits Regler | -Kp | -Tn | -
|---|---|---|
| Alt | -0.145 | -0.015 | -
| Neu | -0.21 | -0.05 | -
Kp wurde so gewählt um die Crossoverfrequenz der integrierenden Strecke nach rechts zu verschieben. -Tn wurde so gewählt, dass eine kleine anhebung der Phase bei der Crossowerfrequency zu erhalten, ohne dabei die Gainmargin signifikant zu verschlechtern.
-| Regler | -Gain Margin | -Gain Margin | -Bandbreite (rad/s) | -
|---|---|---|---|
| Alt | -11.5 | -97 | -497 | -
| Neu | -5.31 | -53deg | -1080 | -
| Ideal | -6dB | -60deg | -- | -

Zeitliche Auswertung¶
Die Zeitliche auswertung ist weniger aussagekräftig, da kein Unit stepp gefahren werden sollte um die Mechanik nicht zu strapazieren jedoch kann auch an einem abgeflachten step gut gezeigt werden, dass der neue regler schneller ist. Somit kann ein kleineres Kp für den Positionsregler gewählt werden.
-| Regler | -Erreichen des sollwertes | -
|---|---|
| Alt | -ca 5s | -
| Neu | -ca 0.5s | -
Optimierung¶
Die Messung wurde mit einem Kp= 10 für den Positionsregler gemessen. Mann könte diesen gut noch bis 50 erhöhen um einen noch dynamischeren Regler zu erhalten.
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X und Y Achse zusammenfassung¶
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- X Achse ist empfindlich gegenüber der Raumtemperatur -
- Y Achse empfindlich gegenüber Temperaturverteilung im Manipulator -
Die X-Achse ist bei den Messungen genauer als die Y-Achse. Die Ursache konnte nicht identifiziert werden. Eine Möglichkeit ist jedoch, dass sich die Temperatur bei der X-Achse stabiler war, da die Messung länger laufen konnte.
-| Achse | -STD [um] | -P2V [um] | -
|---|---|---|
| X | -0.19 | -0.69 | -
| Y | -0.35 | -1.83 | -
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