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Systemanalyse und Prototyping für ein low-cost Rheometer

Daniel Schleicher

Daniel Schleicher

Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung eines Rheometer-Prototyps für die Firma Vialit Asphalt GmbH & Co. KG. Diese möchte das vorliegende Rheometer auf low-cost Basis in einer Kleinserie fertigen. Im ersten Teil dieser Diplomarbeit werden die Funktion und die Eigenschaften des Prototyps analysiert und der Aufbau charakterisiert. Basierend auf diesen Ergebnissen wird eine Wegsensorik entwickelt, welche den low-cost Anforderungen genügt.

Zur Ansteuerung der drehmomenterzeugenden Aktorspulen wird ein mathematisches Modell des Aktors erstellt. Mit einem Aufbau zur Messung der Kraft des Aktors wird dieses Modell verifiziert. Das mathematische Modell und die Verifikation im Experiment liefern die Grundlagen zum Redesign des Aktors und zur Entwicklung der dazugehörigen Stromquelle. Die Stromquelle und die Schaltung zur Wegmessung werden gemeinsam auf einer PC104-Platine realisiert. Zusammen mit einem embedded PC und einer Multi I/O DAQ Karte wird ein Messsystem (siehe Abbildung 1) aufgebaut, welches mittels LAN-Verbindung gesteuert werden kann. Als Betriebssystem wurde die kostengünstige Open Source Lösung mit "Real Time Linux" gewählt. Dieses System wird mit dem "Simulink Target for Real Time Linux" und einem Proc-Treiber erweitert. Damit können aus Simulink-Modellen echtzeitfähige Kernelmodule erzeugt werden, die per Simulink oder Webbrowser gesteuert werden können. Die Erfahrungen aus der Installation und Anwendung des Systems sind in einem umfangreichen Anhang dokumentiert.

Auf Wunsch der Firma Vialit sind auch erste rheologische Messungen mit dem Gerät unter Laborbedingungen durchgeführt worden. Dafür ist ein LabView Programm erstellt worden, mit dem die Temperatur mit GPIB-fähigen Laborgeräten geregelt werden kann. Die Regelung des Aktorweges erfolgt in LabView unter weichen Echtzeitbedingungen. Die Messergebnisse (siehe Abbildung 2) zeigen, dass die Berücksichtigung des dynamischen Modells des Gesamtsystems bei der Auswertung der rheologischen Messgrößen unbedingt notwendig ist. In einer Systemanalyse werden alle wichtigen Eigenschaften und Funktionen des Rheometers genau untersucht, wobei ein Großteil der hier aufgedeckten Probleme bereits innerhalb dieser Diplomarbeit gelöst worden sind.

Abbildung 1: Am embedded PC (rechts) läuft ein modifiziertes RTLinux System, welches Rapid Prototyping   mit MATLAB/Simulink ermöglicht. Zur Steuerung des Rheometers (links) wurden Simulinkmodelle erstellt, die per Webbrowser bedient werden können.

Abbildung 1: Am embedded PC (rechts) läuft ein modifiziertes RTLinux System, welches Rapid Prototyping mit MATLAB/Simulink ermöglicht. Zur Steuerung des Rheometers (links) wurden Simulinkmodelle erstellt, die per Webbrowser bedient werden können.

Abbildung 2: Die Auswertung der Messdaten unter Berücksichtung des dynamischen Rheometermodells führt zu Messkurven (strichpunktierte Linien), die mit einer Referenzmessung (durchgezogene Linien) verglichen werden können.

Abbildung 2: Die Auswertung der Messdaten unter Berücksichtung des dynamischen Rheometermodells führt zu Messkurven (strichpunktierte Linien), die mit einer Referenzmessung (durchgezogene Linien) verglichen werden können.

Die Arbeit ist gesperrt ab 16. März 2007 für die Dauer von 5 Jahren.

März 2007