Christoph Gradl und Manuel Leitenbauer: Regelung eines 2-DOF-Helikopter Modells, 2010
Abstract: Diese Bachelorarbeit, welche am Institut für Design und Regelung mechatronischer Systeme angefertigt wurde, beschäftigt sich mit der Regelung eines bestehenden 2-DOF-Helikoptermodells (siehe [Pas08]). Zwei verschiedene Ansätze für den Entwurf von Zustandsreglern wurden verfolgt. Einerseits eine Zustandsregelung mit einem mathematischen Modell als Grundlage, andererseits eine datenbasierte Modellbildung mit anschließender Zustandsregelung.
- Physikalischer Ansatz
- LQR
- PI-LQR - Datenbasierter Ansatz
- Kaskadierte Regelung (LQR und PID-Regler
- LQR
- PI-LQR
Für die verschiedenen Reglertypen sind die Grundzüge kurz hergeleitet und die Charakteristik beschrieben. Die einzelnen Regler wurden zuerst am Simulationsmodell getestet und anschließend am realen Modell optimiert. Für die Simulation und zu Präsentationszwecken ist eine einfache grafische Visualisierung erstellt worden. Am Ende der Arbeit wurden noch die Unterschiede zwischen den einzelnen Vorgehensweisen aufgezeigt und der Unterschied der einzelnen Regler anhand von Profilverläufen verglichen. Alle Regler können direkt in der Visualisierung umgeschaltet und getestet werden.
Günther Blüml und Franz Spanlang: Extended Kalman Filter für die Bestimmung der Lage eines UAV, 2010
Abstract: Die Verwendung von unbemannten Luftfahrzeugen (engl. unmanned aerial vehicles, UAVs) gewinnt für den zivilen Gebrauch immer mehr an Bedeutung. Deshalb wird es auch in Wissenschaft und Forschung ein immer wichtigerer Punkt, solche Technologien zu entwickeln und zu verbessern. Es geht in dieser Arbeit genau um dieses Thema, der Entwicklung eines Quadrocopters (QCs) ausgehend von einer bereits bestehenden Hardware. Um den QC mittels eines Reglers stabil schweben, bzw. einer Trajektorie folgen lassen zu können, ist ein großer und wichtiger Teil dieser Arbeit der Entwurf eines Lagewinkelschätzers, welcher in Form eines Extended Kalman Filters (EKFs) realisiert wurde. Für dessen Realisierung sind verschiedenste Simulationen vonnöten, um die Auswirkung von Störeinflüssen der Sensoren und Aktoren auf das Filter zu kennen, bzw. die Funktionalität des Filters in verschiedensten Flugmanövern zu gewährleisten. Für die Simulationsdatengenerierung ist ein Simulator erforderlich, der über mathematische Formeln in Form von Differentialgleichungen das Verhalten des QCs so gut wie möglich wiedergibt. Die Herleitung und Beschreibung dieser Formeln, sowie der Simulator sind zwei weitere große und wichtige Punkte in dieser Arbeit. Für eine Realisierung des Filters am realen Modell muss das Programm für eine von einem Mikrocontroller verständliche Sprache geschrieben sein, deshalb wurde das ganze Programm auch in C übersetzt.
Markus Wildbolz: Modellbasierte Analyse einer Solarthermieanlage, 2010
Abstract: In der vorliegenden Bachelorarbeit werden mathematische Modelle für die Kernkomponenten einer Solarthermieanlage (Kollektor, Wärmetauscher, Rohrleitungssystem) hergeleitet und verschiedene Modellierungsvarianten auf ihre Eignung zur Beschreibung des Systems untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei darauf, möglichst universell einsetzbare Modelle zu erstellen, um verschiedenste Anlagenkonfigurationen durch entsprechendes Verschalten der Grundkomponenten abbilden zu können. Die Parametrierung und auch Validierung dieser Modelle erfolgt anhand der Messdaten einer Referenzanlage. Ausgehend von diesen Modellen werden Fragen bezüglich einer energieoptimalen Regelung diskutiert und Ergebnisse, sowie weiteres Verbesserungspotential präsentiert.
Alexander Sandalek: Modellierung und Regelung der Ladeluftkühlung eines aufgeladenen Dieselmotors am Prüfstand, 2010
Abstract: Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung des thermischen Verhaltens des Ladeluftkühlers und der Regelung der Ladelufttemperatur eines Dieselmotors. In aufgeladenen Motoren wird die Luft, die dem Zylinder zugeführt wird, durch die Kompression des Turboladers erwärmt. Dadurch wird die Füllung mit Sauerstoff verringert, was zu einer Leistungseinbuße führt. Um diesen unangenehmen Effekt zu kompensieren, wird die Ladeluft durch einen Ladeluftkühler gekühlt. Dieser Ladeluftkühler arbeitet in dem geprüften Motor nach dem Prinzip des Kreuzstromwärmetauschers. Es gibt drei bekannte Methoden wie der Ladeluftkühler modelliert werden kann. Deren Unterschiede werden in der Arbeit beschrieben. Für die Versuche wurde ein kennfeldbasiertes Modell verwendet, bei dem der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers ermittelt und ein Sollwert für die Ladelufttemperatur in Abhängigkeit der Ladelufttemperatur vor Kühler und der Anblastemperatur ermittelt wurde. Der Wirkungsgrad des Kühlers ist eine Funktion vom eingelegten Gang und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Zur Kühlung wurde ein elektrisches Gebläse verwendet, das über einen Frequenzumrichter gesteuert wird. Die Regelung erfolgte mittels eines Vorsteuerkennfeldes und eines PI-Reglers. Ebenfalls wurden verschiedene Messungen am Fahrzeug durchgeführt, um eine möglichst reale Nachbildung der Kühlung in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhalten. Dies war notwendig, damit man bei einem Prüfzyklus auch die Kühlung mitsimulieren konnte, die durch den Fahrtwind erzeugt wurde. Dabei mussten nicht vorhandene Sensoren in das Fahrzeug eingebunden und mittels dSpace angesteuert und ausgelesen werden. Der Einbau eines Gebläses zur Anblasung des Ladeluftkühlers mit seiner Ansteuerung im Prüfstand wird beschrieben. Es wird bei dieser Arbeit auf die Probleme mit der sehr langsamen Dynamik der Temperatur eingegangen und anschließend die Validationen zwischen Motoreinbau im Fahrzeug und im Prüfstand erläutert. Dabei wird gezeigt, dass durch den sehr unterschiedlichen Einbau des Motors und dessen Anbauteile im Fahrzeug und im Prüfstand, die Dynamik des Temperaturverlaufes unterschiedlich ist. Da aus den Versuchen ersichtlich war, dass mit dem Gebläse eine Sollwerttrajektorie sehr genau nachgefahren werden kann, wurde mit Hilfe eines Hammersteinmodells die Sollwertvorgabe für den Regler soweit korrigiert, dass sich das Systemverhalten im Prüfstand dem des Fahrzeuges besser annähert.
Andreas Ratzinger und Thomas Klaushofer: Fahrzeugsimulation am Motorprüfstand, 2010
Abstract: Ein Problem bei der Abstimmung von Verbrennungsmotoren für den Einsatz in Fahrzeugen sind auftretenden Antriebsstrangschwingungen. Um diesen nicht erst im fertigen Fahrzeug entgegenzuwirken und um Entwicklungszeiten und Kosten zu minimieren, sind genaue Simulationsmodell dafür erforderlich. Ziel dieser Bachelorarbeit war es ein repräsentatives Gesamt-Antriebstrangmodell zu erstellen, dessen Parameter auf ein Referenzfahrzeugs abzustimmen und es an einem Motorprüfstand zu testen. Dazu wurde das Gasamtmodell zuerst in die verschiedenen maßgeblichen Komponenten (Zweimassenschwungscheibe, Kupplung, Getriebe, Kardanwelle, Differential, Reifen) unterteilt.
Diese Teilmodelle wurden dann mit gezielten Messungen, teils an den Komponenten selbst teils am Gesamtsystem durchgeführt, parametriert. Indem man die Teilmodelle wieder verbindet erhält man ein genaues Modell des gesamten Kraftfahrzeugantriebes.
Durch den modularen Aufbau kann man die Schwingungen des gesamten Antriebes sowie der einzelnen Antriebselemente analysieren. Das Antriebstrangmodell bildet die Grundlage eines virtuellen Fahrzeugs für den Motorprüfstand. Gemeinsam mit dem entwickelten prädiktiven Fahrerregler welcher Gaspedalstellung und Gangwahl vorgibt konnten Geschwindigkeitsprofile des Referenzfahrzeugs (z.B. Standardzyklen) am Prüfstand nachgefahren werden.