HiL-Simulation und Robotik

Effiziente Systementwicklung mit Hardware-in-the-Loop-Techniken

Die Hardware-in-the-Loop (HiL) Simulation ist eine in der Forschung und Industrie bewährte Methode, um komplexe mechatronische Systeme in Echtzeit unter realitätsnahen Bedingungen zu testen. Die Grundidee der HiL-Simulation ist die Untersuchung eines realen Teilsystems im Labor (Prüfling), welches über Aktor- und Sensorschnittstellen mit einem virtuellen Abbild seiner Umgebung gekoppelt ist. Das Umgebungsmodell wird von einem Echtzeitrechner simuliert. Die HiL-Simulation erlaubt somit die Nachbildung und die Analyse eines mechatronischen Gesamtsystems unter Berücksichtigung des Zusammenspiels aller seiner Komponenten.

Heutzutage zeichnen sich mechatronische Systeme durch eine Vielzahl von Teilkomponenten und komplexen, intelligenten Regelungssystemen aus. Beispiele sind vor allem im Automobilbereich zu finden. Beispielsweise werden Fahrzeuge mit aktiven Achsen ausgestattet, um einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Fahrdynamik, Fahrkomfort und Sicherheit zu finden. Die steigende Komplexität der mechatronischen Systeme erfordert eine geeignete Prüfstandstechnik.

Eine Kernkompetenz der Fachgruppe Regelungstechnik und Mechatronik ist die Entwicklung solcher komplexen HiL-Prüfstände, wobei eine realitätsnahe Nachbildung des dynamischen Verhaltens im Vordergrund steht. In diesem Kontext müssen zur Ausschöpfung des vollen Potenzials der HiL-Simulation geeignete Manipulatoren entwickelt werden, die eine räumliche, hochdynamische und präzise Anregung des Prüflings erlauben. Dies beinhaltet insbesondere die ganzheitliche Entwicklung, d. h. die Entwicklung und Auslegung der Aktorik, der Sensorik und der nichtlinearen Regelungsverfahren für hydraulische oder pneumatische Manipulatoren.

Ein wichtiger Demonstrator für unsere Forschungsarbeiten ist der in der Fachgruppe Regelungstechnik und Mechatronik entwickelte HiL-Achsprüfstand.