NEUARTIGES PNEUMATIKVENTIL FÜR DIE FERTIGUNGSAUTOMATISIERUNG

Die produzierende Industrie sieht sich zunehmend mit einer Diversifizierung der Produkte und gleichzeitig stark schwankenden Losgrößen konfrontiert. Diese Entwicklung erfordert von ihr ein hohes Maß an Flexibilität und Anpassungsfähigkeit, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Im Rahmen von mehreren Forschungsprojekten mit der Festo SE & Co. KG haben Wissenschaftler*innen der Forschungsgruppe Komplexe Dynamische Systeme am AIT Center for Vision, Automation & Control sowie des Instituts für Automatisierung und Regelungstechnik der TU Wien dazu beigetragen, die Regelungstechnik für ein zweistufiges Pneumatikventil zu entwickeln. Es ist Teil eines kompakten Ventilblocks, der vielseitig in Produktionsanlagen einsetzbar ist und deckt ein breites Spektrum an pneumatischen Anwendungen ab. Damit wird es zu einer unverzichtbaren Komponente für die flexible, automatisierte Produktion von morgen.

Jeder Ventilblock besteht aus vier zweistufigen Pneumatikventilen. Diese wiederum beinhalten eine energieeffiziente, piezoelektrische Vorstufe sowie ein Stößelventil als Hauptstufe. Sie sind zu einer Vollbrücke verschaltet. Zusätzlich beinhaltet der Ventilblock eine leistungsfähige Recheneinheit und Sensorik. Dadurch ist es möglich, die Funktion verschiedener Ventiltypen wie zum Beispiel von Wegeventilen, Schaltventilen, etc. mit einem einzigen intelligenten Ventilblock nachzubilden - im Gegensatz dazu wurde bisher pro Anwendungsfall eine Sonderlösung entwickelt. Man brauchte für jede Anwendung ein passendes Ventil, das bereitgehalten werden musste. Die damit einhergehenden Kosten für Zubehör, Lagerkosten, Montage und Konfiguration entfallen nunmehr und der Energieverbrauch wird reduziert.

Insgesamt kann mit dem universell einsetzbaren Ventilblock einerseits ein großes Anwendungfeld bedient und anderseits Resourcen eingespart werden. 

In ihrer Arbeit "Modeling and control of a novel pneumatic two-stage piezoelectric-actuated valve" stellen die Wissenschaftler*innen die besondere Architektur dieses neuartigen Pneumatikventils sowie die speziell zugeschnittene, mathematische Modellierung und modellbasierte Regelung vor.

Hier gehts zur wissenschaftlichen Veröffentlichung

Tobias Glück, Dominik Büchl, Christian Krämer, Andreas Pfeffer, Andreas Risle, Lena Hägele, Andreas Kugi
Modeling and control of a novel pneumatic two-stage piezoelectric-actuated valve
Mechatronics, Volume 75, 2021
102529
ISSN 0957-4158
doi.org/10.1016/j.mechatronics.2021.102529.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0957415821000313

Abstract

In manufacturing automation, there is a strong need for highly integrated intelligent components and subsystems. In this context, a novel two-stage pneumatic piezoelectric-actuated valve has recently been developed. It covers a wide range of pneumatic products and functions in one compact component and enables flexible and adaptive plant operation. The valve consists of four poppet main-stage valves that are driven by piezoelectrically actuated pre-stage valves and includes pressure sensors as well as a powerful computational unit. This work presents the systematic development of a model-based position control algorithm including modeling, identification, and controller design. The control concept comprises a hysteresis compensation based on the Prandtl–Ishlinskii operator theory, a flatness-based feedforward controller, and a PI feedback controller with appropriate anti-windup measures. Measurement results from a test bench demonstrate the performance of the proposed concept.

Mehr über

AIT Forschungsgruppe Complex Dynamical Systems

AIT Center for Vision, Automation & Control

ACIN TU Wien