Zur Verbesserung der Modellgüte und damit auch der Regelung ist eine detaillierte Modellierung, insbesondere von Hystereseerscheinungen, in Abgleich mit Messdaten erforderlich. Dabei müssen operatorbasierte oder differentielle (auch fraktionale) Ansätze hinsichtlich ihrer Struktur, Komplexität und Echtzeitfähigkeit verglichen werden. Weiterhin sind Sensorquantisierungen, die bisher vereinfachend als Störung angesehen wurden, mit einzubeziehen, da sie für die angestrebten Genauigkeiten relevant werden. Bisher können Standardregler die Systemdynamik lediglich in einen stabilen Grenzzyklus bringen. Angepasste Entwürfe [23] vermögen es, die Ausmaße dieser Grenzmenge zu reduzieren, so dass die Genauigkeit erhöht wird. Zur Zustandsschätzung kann die Quantisierung mit hybriden Beobachtern oder Überabtastung berücksichtigt werden. Dazu muss die Abtastzeit so gering wie möglich gewählt werden, was eine Hardware-nahe Implementierung erfordert. Für eine hochdynamische Regelung der spitzen- und laserbasierten Bearbeitungsprozesse muss bei unbekannte Oberflächenbeschaffenheit neben dem Abstand auch der Strom zwischen Cantilever und Substrat (A1, A2) bzw. die Laserleistung aktiv geregelt werden. Dazu sind mit Beobachteransätzen aus vergangenen Messpunkten Voraussagen über die noch zu bearbeitende (zukünftige) Geometrie zu treffen. Wird die unbekannte Geometrie als Störung modelliert, können hier fraktionale Ansätze helfen, die mögliche Störklasse zu erweitern. Für die Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit sind mehrdimensionale Ansätze erforderlich. Anschließend sollen die Regelung des Cantileverstroms bzw. der Laserleistung mit der unterlagerten Positionsregelung gekoppelt betrieben werden.
Projektleiter: Prof. Reger, Dr. Schäffel
Sowohl für taktile Messungen, insbesondere aber für die Bearbeitung ist eine kraftgeführte Regelung [TF9] und die metrologische Rückführbarkeit der Kraftvektormessung entscheidend, weil die Kenntnis der Zustellkraft und der positionsabhängigen mechanischen Wechselwirkung zwischen Probe und Tool für eine präzise Bearbeitung wichtig ist. Die Forschungsaufgabe besteht daher in der Untersuchung der rückführbaren Kalibrierung von geeigneten ein- und mehrkomponentigen Kraftsensoren. Hierfür sind mehrkomponentige Kraft-Momenten-Sensoren mit einem hohen Messdynamikbereich, schnellen Übertragungseigenschaften und rein elektrischer In-situ Kalibrierung zu erforschen. Eine konzeptionelle und inhaltliche Zusammenarbeit ist insbesondere mit den Promotionsfeldern A1, KR1, KR3 und TM1 vorgesehen.
Projektleiter: Prof. Fröhlich, Prof. Reger
Das Ziel von KR3 besteht im immer besseren Verständis und der Umsetzung von hochdynamischen Nanopositioniersystemen in NPMM-Maschinen. Die in der ersten Generation entwickelten Vertikalaktorsysteme müssen in einem zu entwerfenden Teststand intensiv charakterisiert werden. Dies beinhaltet den Entwurf eines Reglers für das überaktuierte System als auch die Implementierung einer bezüglich der geforderten Präzision, Dynamik sowie der thermischen Randbedingungen variablen Betriebsart. Ein Fokus der Untersuchung liegt auf dem Einfluss des pneumatischen Ventils mit integralem Regler hinsichtlich der Auswirkungen auf die erreichbare Präzision und Dynamik. Nach anschließender Integration von drei Vertikalaktorsystemen in das planare Antriebssystem müssen neue 6DoF Regelungskonzepte entworfen und evaluiert werden, da der Läufer nun in allen Freiheitsgraden bewegt werden kann. Dies schließt ebenso Algorithmen für ein sicheres Inbetriebnehmen und Abschalten als auch zur Kollisionsvermeidung ein.
Projektleiter: Dr. Schäffel, Prof. Reger, Prof. Hausotte