Das Einstellen der Luftmasse in den Zylindern eines Verbrennungsmotors ist eine der wichtigsten Aufgaben von Motorsteuerungen. Insbesondere bei Ottomotoren ist die als Füllung bezeichnete Luftmasse in der Regel proportional zum erzeugten Drehmoment und daher zentrale Größe bei der Formung der Fahrdynamik sowie des Fahrkomforts. In der vorliegenden Arbeit werden modellbasierte Vorsteuerungen vorgestellt, die es ermöglichen neben der Luftmasse auch die Restgasmasse im gesamten Arbeitsbereich des Motors einzustellen. Bei dem für den Vorsteuerungsentwurf eingesetzten Modell handelt es sich um ein physikalisch basiertes Mittelwertmodell des Luftsystems. Das Modell wird durch Anwendung der exakten Ein-/Ausgangslinearisierung invertiert. Es werden strukturelle Modellerweiterungen eingeführt, durch die die Vorsteuerung als inverses System stabil ist und eine physikalische Struktur besitzt. Eine reduzierte Form der Vorsteuerung mit der Luftmasse als einzige Regelgröße und der Drosselklappe und dem Abgasturbolader als Aktoren wird am Motorenprüfstand im gesamten Nennbereich des Motors sowohl stationär als auch dynamisch validiert. Die Messergebnisse dokumentieren die hohe stationäre und dynamische Genauigkeit der modellbasierten Vorsteuerung.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Dieses Buch befasst sich mit der Entwicklung von Analyse- und Syntheseverfahren für nichtlineare Mehrgrößensysteme mit Modellen in Deskriptorform. Mit einem eigens für Deskriptormodelle eingeführten rekursiven Operator lassen sich die entwickelten Analyse- und Syntheseverfahren kompakt darstellen. Die Rolle dieses Operators im Rahmen von Deskriptormodellen entspricht derjenigen der Lie-Ableitung im Zusammenhang mit Zustandsmodellen. Im Anschluss an die Analyse der Strukturen und Eigenschaften von Deskriptormodellen werden die Schwerpunkte auf den Entwurf einer Rückführung zur exakten Linearisierung und Entkopplung des Eingangs-Ausgangsverhaltens, auf den Entwurf von Beobachtern zur Schätzung der Deskriptorvariablen und auf die Realisierbarkeit von verkoppelten Deskriptormodellen gelegt.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Dieses Buch befasst sich mit der Entwicklung von Analyse- und Syntheseverfahren für nichtlineare Mehrgrößensysteme mit Modellen in Deskriptorform. Mit einem eigens für Deskriptormodelle eingeführten rekursiven Operator lassen sich die entwickelten Analyse- und Syntheseverfahren kompakt darstellen. Die Rolle dieses Operators im Rahmen von Deskriptormodellen entspricht derjenigen der Lie-Ableitung im Zusammenhang mit Zustandsmodellen. Im Anschluss an die Analyse der Strukturen und Eigenschaften von Deskriptormodellen werden die Schwerpunkte auf den Entwurf einer Rückführung zur exakten Linearisierung und Entkopplung des Eingangs-Ausgangsverhaltens, auf den Entwurf von Beobachtern zur Schätzung der Deskriptorvariablen und auf die Realisierbarkeit von verkoppelten Deskriptormodellen gelegt.
Aktualisiert: 2023-04-02
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Das Buch behandelt fortgeschrittene Methoden der nichtlinearen Regelungstheorie. Die Darstellung ist einerseits in sich mathematisch schlüssig und nachvollziehbar, andererseits aber auch in einer für Ingenieure verständlichen Sprache formuliert. Die jeweilige Herangehensweise bzw. Entwurfsmethodik wird an verschiedenen Beispielen veranschaulicht bzw. durch den Einsatz des Open-Source-Computeralgebrasystems Maxima illustriert.
Das Werk wendet sich an Doktoranden bzw. Ingenieure in der Industrie, die - z.B. im Bereich Automotive oder in der chemischen Industrie – mit der Regelung nichtlinearer Systeme konfrontiert werden. Das Buch richtet sich ebenso an Studierende der Elektrotechnik oder Mechatronik in der Vertiefungsrichtung Automatisierungs- bzw. Regelungstechnik, die bereits über fortgeschrittene regelungstechnische Kenntnisse verfügen.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Die Arbeit soll einen Beitrag zur Entwicklung aktiver Magnetlager leisten, die sich durch einen besonders niedrigen Wärmeeintrag in den Rotor auszeichnen. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen Pulververbundwerkstoffe im Rotor einzusetzen und eine dafür geeignete Magnetlagerstruktur entworfen. Dabei werden die besonderen Anforderungen des Werkstoffes beachtet und gezielt dessen Vorzüge ausgenutzt. Zugleich wird die Topologie im Hinblick auf minimale Verluste im Rotor optimiert.
Für die daraus resultierende Struktur des dreipoligen Kombilagers wird beispielhaft ein Labormuster mit Hinblick auf die Vergleichbarkeit mit einem vorhandenen konventionellen magnetischen Lager entworfen. Dies erlaubt eine Analyse hinsichtlich der aus dem verwendeten Werkstoff resultierenden besonderen Eigenschaften.
Die neue Lagerstruktur erfordert den Entwurf und die Verifikation angepasster Regelungsstrategien. Da Letzteres soweit wie möglich anhand eines Simulationsmodells mit guter Genauigkeit erfolgen sollte, wird eine domänenübergreifende Modellierungsmethodik auf Basis des Lagrange-Formalismus vorgestellt. So können die Wandlereigenschaft aktiver Magnetlager und Kreiseleffekte in das Modell eingearbeitet werden.
Den Abschluss bilden der Entwurf und die Diskussion zweier Regelungsstrategien, eine lineare basierend auf einer Transformationsmatrix und eine nichtlineare auf Basis exakter Ein-/Ausgangs-Linearisierung. Letztere bietet die Möglichkeit das erarbeitete Lager mit minimalen Flussdichten im Luftspalt und somit optimal hinsichtlich der Verluste im Rotor zu betreiben.
Die Arbeit wird durch einen Vergleich beider Ansätze abgerundet.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Das Buch behandelt fortgeschrittene Methoden der nichtlinearen Regelungstheorie. Die Darstellung ist einerseits in sich mathematisch schlüssig und nachvollziehbar, andererseits aber auch in einer für Ingenieure verständlichen Sprache formuliert. Die jeweilige Herangehensweise bzw. Entwurfsmethodik wird an verschiedenen Beispielen veranschaulicht bzw. durch den Einsatz des Open-Source-Computeralgebrasystems Maxima illustriert.
Das Werk wendet sich an Doktoranden bzw. Ingenieure in der Industrie, die - z.B. im Bereich Automotive oder in der chemischen Industrie – mit der Regelung nichtlinearer Systeme konfrontiert werden. Das Buch richtet sich ebenso an Studierende der Elektrotechnik oder Mechatronik in der Vertiefungsrichtung Automatisierungs- bzw. Regelungstechnik, die bereits über fortgeschrittene regelungstechnische Kenntnisse verfügen.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Das Einstellen der Luftmasse in den Zylindern eines Verbrennungsmotors ist eine der wichtigsten Aufgaben von Motorsteuerungen. Insbesondere bei Ottomotoren ist die als Füllung bezeichnete Luftmasse in der Regel proportional zum erzeugten Drehmoment und daher zentrale Größe bei der Formung der Fahrdynamik sowie des Fahrkomforts. In der vorliegenden Arbeit werden modellbasierte Vorsteuerungen vorgestellt, die es ermöglichen neben der Luftmasse auch die Restgasmasse im gesamten Arbeitsbereich des Motors einzustellen. Bei dem für den Vorsteuerungsentwurf eingesetzten Modell handelt es sich um ein physikalisch basiertes Mittelwertmodell des Luftsystems. Das Modell wird durch Anwendung der exakten Ein-/Ausgangslinearisierung invertiert. Es werden strukturelle Modellerweiterungen eingeführt, durch die die Vorsteuerung als inverses System stabil ist und eine physikalische Struktur besitzt. Eine reduzierte Form der Vorsteuerung mit der Luftmasse als einzige Regelgröße und der Drosselklappe und dem Abgasturbolader als Aktoren wird am Motorenprüfstand im gesamten Nennbereich des Motors sowohl stationär als auch dynamisch validiert. Die Messergebnisse dokumentieren die hohe stationäre und dynamische Genauigkeit der modellbasierten Vorsteuerung.
Aktualisiert: 2023-04-17
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