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Systematische Modellbildung und Regelung eines technischen Systems

Lehrstuhl: ET/IT RST

Betreuer: Artemi Makarow, Christoph Krimpmann,

Beginn ab: 01.04.2015

Maximale Anzahl der Teilnehmer: 6

Beschreibung: Eine detaillierte Modellierung von technischen Systemen ist für die Wahl eines geeigneten Regelungskonzepts oder den Einsatz einer Zustandsüberwachung notwendig. Regelungstechnische Untersuchungen stützen sich zumeist auf modellbasierte Analysen des Systems. Eine Vielzahl von Design- und Optimierungsaufgaben, wie die Reglerstruktur- und Parameteroptimierung, sind damit möglich. Eine systematische Modellbildung gibt Aufschluss über die relevanten physikalischen Prozesse innerhalb eines technischen Systems. Diese Kenntnisse werden bei der Entwicklung neuer Regelungsstrategien berücksichtigt. In der Simulation können neue beziehungsweise alternative Regelungen ausgiebig getestet werden, bevor sie im realen System zum Einsatz kommen. Komplexere Regelungsansätze integrieren Systemmodelle für die Zustandsbeobachtung oder eine prädiktive Regelung. Infolgedessen können adaptive Regelungen oder das Condition Monitoring erprobt und realisiert werden.
Die Modellierung und Erprobung verschiedener Regelungskonzepte soll für das Experimental-System „ECP Modell 220“ des Lehrstuhls RST durchgeführt werden. Hierbei handelt es sich im Groben um einen Motor, der über einen Zahnriemen mit einer Antriebsplatte und einem inkrementellen Winkelgeber verbunden ist. Über ein aus zwei weiteren Riemen bestehendes Getriebe wird eine Last angetrieben, die aus einer mit Zusatzgewichten bestückbaren Lastplatte, einem zweiten Winkelgeber für die Last und einem zweiten Motor zur Störgrößenaufschaltung besteht.

Die Projektgruppe soll folgende Teilaufgaben umfassen:
1. Systemidentifikation und Modellierung
- Analyse der Wirkzusammenhänge des Experimental-Systems
- Entwicklung einer Modellstruktur
- Vergleich, Analyse und Kombination verschiedener Modellklassen (datenbasiert, mathematisch, physikalisch)
- Entwicklung und Bewertung einer Strategie zur Systemidentifikation
- Aufzeichnung relevanter Messgrößen
Ziel: Gesucht ist ein Modell, welches alle relevanten physikalischen Prozesse abbildet und eine kleine Rechenzeit benötigt.

2. Regelung des Experimental-Systems
- Modellbasierte Entwicklung und Erprobung von Regelungsstrategien
- Analyse, Vergleich und Diskussion verschiedener Regelungen
- Realisierung einer Zustandsbeobachtung und einer adaptiven Regelung
Ziel: Gesucht ist eine robuste Regelung, welche eine hohe Regelgüte bei minimaler Komplexität liefert.
3. Projektmanagement
- Literaturrecherche
- Reproduzierbare Auswertungen und Dokumentation (Matlab & Simulink, TeX)
- Definition von Meilensteinen
- Verwendung eines Versions-Management-Systems für Software, Pläne und Dokumentation (SVN)
- Festlegung von Zuständigkeiten
Ziel: Wissenschaftliche Arbeit
Voraussetzung: Beherrschung von Matlab & Simulink, Grundlagenkenntnisse in Modellierung, Optimierung und Regelung