Funktionen für automatisierte Bewegungsabläufe bei Baggern
Hannes Wind
Die Automatisierung ist ein wesentlicher Trend im Bereich der Hydraulikbagger. Damit werden Ziele wie die Erhöhung der Sicherheit und der Produktivität verfolgt. Neben dem vollautomatisierten Betrieb sind Assistenzsysteme vorteilhaft, welche den Maschinenbediener in bestimmten Situationen unterstützen. Wiederholende Tätigkeiten sind beispielsweise solche Situationen, in welchen Assistenzsysteme unterstützen können. Dabei führt der Bagger die wiederholenden Bewegungen automatisch durch, wodurch die ermüdenden Phasen reduziert und die Sicherheit erhöht werden. Dabei benötigen sowohl Assistenz- als auch Automatisierungssysteme eine unterlagerte Folgeregelung der Aktoren mit einer hohen Güte. Aufgrund der hohen Variantenvielfalt im Bereich der Hydraulikbagger bietet sich zudem ein modellbasierter Entwurfsprozess unter Verwendung eines Simulationsmodells an. Die vorliegende Arbeit betrachtet einen 40-Tonnen Hydraulikbagger für den Einsatz in der industriellen Umschlagtechnik. Im Rahmen der modellbasierten Entwicklung wird dafür ein analytisches Simulationsmodell basierend auf physikalischen Zusammenhängen hergeleitet. Auf Grundlage dieses Gesamtmodells werden Synthesemodelle der einzelnen Aktoren abgeleitet, wobei wesentliche Dynamiken und Kopplungen beibehalten werden. Für die Regelung der Aktoren werden zwei modellbasierte Ansätze für die Vorsteuerung und drei Methoden für die Rückführung betrachtet. Im Bereich der Assistenz- und Automatisierungsfunktionen werden verschiedene Algorithmen zur Unterstützung des Maschinenbedieners und zum vollautomatisierten Abfahren von mehreren Punkten entwickelt. Dabei werden optimierungsbasierte Ansätze zur Berücksichtigung von systembedingten Beschränkungen verwendet.
