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Erschienen in: Production Engineering 5/2018

14.06.2018 | Machine Tool

Control-based compensation of friction and backlash within rack-and-pinion drives

verfasst von: Ali Karim, Philipp Lindner, Alexander Verl

Erschienen in: Production Engineering | Ausgabe 5/2018

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Abstract

The mechanical stiffness of rack-and-pinion drives is independent from the current positioning, which yields the advantage that even long travel distances can be realized without sacrificing dynamics. A substancial disadvantage of this kind of drive, however, is the influence of nonlinear friction effects and the occurance of backlash. Proven methods minimizing the effects of these disturbances are mechanically or electrically pre-loaded powertrains, which, by requiring mutiple drive components and causing higher wear, are cost-intesive. Within this work, the possibility of a control-based strategy to compensate friction effects, which mutually interact with backlash, is investigated. The aim is the usage of MEMS-accelerometers in order to provide a cost-effective alternative to exisiting compensation measures. Central requirements are the enhancement of positioning accuracy as well as industrial applicability. The results of this work provide a strategy, which, by measuring the current acceleration of the drive and utilizing a simplified rack-and-pinion model, counteracts the negative influence of friction and backlash effectively. As part of a theoretical analysis, stability and robustness of the presented strategy are proven. Furthermore, the results found are validated experimentally by the realization of the compensation scheme on a rack-and-pinion test rig.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Altintas Y, Verl A, Brecher C, Uriarte L, Pritschow G (2011) Machine tool feed drives. CIRP Ann Manuf Technol 60(2):779–796CrossRef Altintas Y, Verl A, Brecher C, Uriarte L, Pritschow G (2011) Machine tool feed drives. CIRP Ann Manuf Technol 60(2):779–796CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Popovic MR, Gorinevsky DM, Goldenberg AA (2000) High-precision positioning of a mechanism with nonlinear friction using a fuzzy logic pulse controller. IEEE Trans Control Syst Technol 8(1):151–158CrossRef Popovic MR, Gorinevsky DM, Goldenberg AA (2000) High-precision positioning of a mechanism with nonlinear friction using a fuzzy logic pulse controller. IEEE Trans Control Syst Technol 8(1):151–158CrossRef
Metadaten
Titel
Control-based compensation of friction and backlash within rack-and-pinion drives
verfasst von
Ali Karim
Philipp Lindner
Alexander Verl
Publikationsdatum
14.06.2018
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Production Engineering / Ausgabe 5/2018
Print ISSN: 0944-6524
Elektronische ISSN: 1863-7353
DOI
https://doi.org/10.1007/s11740-018-0838-8

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