PROTOR

Der Rotorprüfstand PROTOR dient zur Untersuchung des Verhaltens von Rotoren mit aktiven piezoelektrischen Lagern. Der Fokus der Untersuchungen liegt hierbei auf der Anwendung verschiedener Regelungsansätzen welche unterschiedliche Ziele, wie z.B. die Eliminierung von Lagerkräften, verfolgen. Hierbei werden die Eigenschaften des Rotors durch eine dynamische Manipulation der Drehachse des Rotors mittels der aktiven Lager verändert, welche eine Schwingungsreduktion bewirkt.

Der Prüfstand besteht aus einer schlanken Welle, zwei aktiven piezoelektrischen Kugellager und bis zu zwei Scheiben. Hierbei lassen sich die Scheiben und Lager durch die Verwendung von Spannsätzen frei auf der Welle verschieben. Hierdurch kann das Verhalten verschiedener schwach gedämpfter elastischer Rotoren abgebildet und untersucht werden. So kann beispielsweise ein Aufbau gewählt werden, welcher einem Lavall-Rotor gleicht oder der eines Triebwerkes mit ausgeprägtem gyroskopischem Verhalten. Im abgebildeten Aufbau besitzt der Rotor zwei Resonanzen im Betriebsbereich. Des Weiteren zeigt der Prüfstand durch die Verwendung von Spannsätzen innere Dämpfung. Zur Untersuchung und Regelung werden die Auslenkungen der beiden Scheiben und die beiden Lagerkräfte in der 2D-Ebene erfasst. Die Verwendung von Simulink-Realtime XPC ermöglicht hierbei eine einfache und schnelle Implementierung von Regelungsansätzen.

In der Vergangenheit wurde bereits die meisten gängigen Reglungsansätze wie LQR/LQG, Integral Force Feedback, FxLMS, µ-Synthese und Gain-Scheduled H implementiert. Hierbei zeigte sich, dass eine Kombination aus Integral Force Feedback und dem FxLMS die besten Ergebnisse im Bereich Schwingungsisolation, also Eliminierung der Lagerkräfte, ergeben. Offen bleibt noch die Frage, wie die transiente Performance der Regelung, also für Rotorhoch und -ausläufe, verbessert werden kann. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Untersuchung der Relevanz und ggf. Eliminierung von sogenannten kräftefreien Resonanzen, welche entstehen, wenn die Lagerkräfte vollständig durch die Regelung eliminiert werden. Hierbei verfolgt das Projekt AMOS den Einbezug der Biegeenergie zur Eliminierung dieser kräftefreien Resonanzen.

Verwendung der Biegeenergie als Regelungsgröße. Projekt: AMOS – Analytische Methoden zur optimalen Schwingungsminderung allgemeiner Rotoren

Motor EC45 BL D 250W KL 2WE A von Maxon Motor
Drehzahl: 0-10.000 U/min
Aktoren PSt 1000/10/60 VS18 von Piezosystem Jena
Kapazität: 177 nF
Freie Weglänge: 60µm
Blockierkraft: 4kN
Leistungsverstärker TREK PZD700-MS-H-CE von Trek Inc.
Spannung: 0-1400V
Strom: 100mA
Echtzeitsoftware Simulink Realtime XPC von Matlab
Messkarten NI PCI-6259 M Series DAQ von National Instruments
NI PCI-6251 M Series DAQ von National Instruments
16 Bit, 48 A/D, 4 D/A, 72 DIO
Wegsensoren WSD S4/10 von Unidor TR systems Gmbh
Messdistanz: 0-4 mm
Auflösung: <0,005 mm
Wiederholgenauigkeit: <0.01 mm
Linearitätsabweichung: ±4%
Kraftsensoren 9001A + 5073A411 von Kistler
Messbereich: 0-7,5 kN
Linearitätsabweichung: ±1%
Inkrementalgeber ENC HEDL 9140 500IMP 3K von Maxon Motor
2000 Stützpunkte
Auswerteeinheiten an Aktoren DMS