Naar een optimaal ontwerp, traject en regeling van repetitieve bewegingen. 01/11/2019 - 31/10/2023

Abstract

Er is een sterke wens om de efficiëntie of snelheid van industriële machines te maximaliseren. Ontwerpers van machines, die repetitieve bewegingen uitvoeren, definiëren vaak alleen het beginen eindpunt van een beweging en niet de exacte positiefunctie. Deze flexibiliteit opent de mogelijkheid om het traject van het mechanisme te optimaliseren. Bovendien vertrouwen machinebouwers voor het machineontwerp vaak op standaard componenten. Het effect van het geometrische ontwerp op het optimale traject en energiebehoefte van het systeem wordt vaak verwaarloosd. In de literatuur worden gevallen genoemd waarin ad-hoc optimalisaties het energieverbruik tot 39% verminderen dankzij traject- en geometrische optimalisatie. Dit project zal gebruik maken van beschikbare CAD modellen en ijle interpolatie om een gesloten wiskundige systeemeigenschapsbeschrijving te verkrijgen. Dit zal het mogelijk maken om een intervaloptimalisatietechniek te gebruiken die kan garanderen dat het echte globaal optimaal geometrische ontwerp en traject worden gevonden. De kennis van de systeemeigenschappen zal gebruikt worden om een robuuste controller te ontwerpen die ervoor zorgt dat de machine het gewenste traject volgt. Tenslotte zal elke mismatch tussen het virtuele en het echte model worden gedetecteerd met online tracking technieken om ervoor te zorgen dat de werking van de machine optimaal blijft. Dit project stelt machinebouwers in staat stelt om machines te bouwen met lagere totale gebruikskosten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Ontwikkeling van een a priori én online trajectoptimalisatie voor repetitieve bewegingen. 01/10/2018 - 30/09/2022

Abstract

Aangezien de mondiale vraag naar energie zal blijven toenemen en de negatieve impact van de mens op de opwarming van de aarde bekend is, bestaat er een sterke wens om het energieverbruik van industriële machines tot een minimum te beperken. Een belangrijke opportuniteit ligt in optimalisaties die geen aanpassingen of investeringen in geïnstalleerde hardware vereisen. Trajectoptimalisatie is zo'n kost efficiënte techniek. Machinebouwers en gebruikers bepalen vaak alleen begin- en eindpunt en gewenste tijd voor een beweging. De exacte positie als functie van de tijd tussen deze twee punten in, is vaak niet van belang voor de gebruikers. Deze flexibiliteit opent de mogelijkheid om het positieverloop te optimaliseren. De literatuur vermeldt gevallen waarin ad-hoc optimalisaties het energieverbruik van machines voor repetitieve taken reduceren tot 50% door geoptimaliseerde trajecten te kiezen boven de gebruikelijke standaardbewegingsprofielen. Er bestaat echter geen wetenschappelijke consensus over een computationeel efficiënte techniek die kan garanderen dat het globale optimum voor systemen met variërende mechanische belastingseigenschappen kan worden gevonden. Daarom zal dit project het gebruik en de implementatie van directe calculus optimalisatie onderzoeken. Het toepassen van deze zuivere wiskundige techniek, gebaseerd op symbolische methoden voor trajectoptimalisatie, zou een fundamentele doorbraak zijn op het vlak van trajectoptimalisatie voor machines met positie variabele mechanische belastingseigenschappen. Dit zou onmiddellijk tijdrovende iteratieve optimalisatiemethodes overbodig maken. Om het gebruik van deze directe rekenmethodes mogelijk te maken, zijn gesloten wiskundige vergelijkingen nodig waarin de positieafhankelijke mechanische belastingeigenschappen worden beschreven. Het verkrijgen van dergelijke functies kan theoretisch op basis van Lagrange vergelijkingen. Een dergelijke aanpak is in de praktijk echter niet haalbaar wanneer de complexiteit van de machines analytische analyse belemmert. Anderzijds maken machinebouwers steeds meer gebruik van CAD multibody software om hun machines te ontwerpen. De promotor heeft expertise in het extraheren van data door specifieke simulaties toe te passen op deze virtuele CAD-modellen. De op deze manier verkregen bemonsterde gegevens kunnen worden vertaald naar expliciete formules, gebaseerd op de expertise van de co-promotor. Het ontwikkelen van een dergelijke techniek om de bemonsterde gegevens om te zetten in gesloten wiskundige vergelijkingen zal een centrale uitdaging zijn van het project en de belangrijkste enabler om direct calculus optimalisatie toe te passen. Om er bovendien voor te zorgen dat de machine optimaal blijft werken als het gedrag van de belasting tijdens het gebruik verandert, is een online tracking methode noodzakelijk. Hiervoor is de kennis van de promotor over het online bijhouden van de positieafhankelijkheid van machineparameters in het frequentiedomein essentieel. De aldus verkregen gegevensmonsters zullen opnieuw vertaald worden naar een wiskundige beschrijving om een heroptimalisatie van het traject mogelijk te maken. De directe calculusoptimalisatie maakt het mogelijk om het optimaal pad te definiëren in functie van positievariabele mechanische parameters. Deze definitie maakt een directe heroptimalisatie mogelijk. Daar waar de huidige stand van de techniek gericht is op offline a priori óf online optimalisatie, is het faciliteren van online heroptimalisatie op basis van eerder bekomen a priori informatie een bijkomende fundamentele bijdrage van dit project.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)