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Identifikation hysteresebehafteter dynamischer Systeme
Dipl.-Ing. Ralf Sauermann Technische Universität Dresden Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Math. Klaus Röbenack Stand der Technik Im Automobil werden durch die zunehmende Elektrifizierung immer mehr Regler benötigt und eingesetzt. Zum Einsatz kommen dabei für gewöhnlich lineare Standard-Regler. Aufgrund verschiedener teils stark nichtlinearer Effekte – wie z.B. Hysterese – ist deren Anwendbarkeit allerdings begrenzt. Die klassischen Reglerbedatungsverfahren wie Ziegler/Nichols sind nicht anwendbar und auch im Rahmen der modellbasierten Verfahren existiert keine „Standardmethodik” für hysteresebehaftete Systeme. In der Praxis muss nun ein Kompromiss zwischen einem leicht schwingfähigem und einem sehr langsamen Regler gefunden werden. Für eine Verbesserung der Regelgüte wäre daher ein nichtlinearer Regler notwendig, wobei sich dabei neben der Bedatung auch das Problem der Strukturfestlegung ergibt. Inhalt der Arbeit Es wird ein umfassender Überblick zu den verschiedenen Möglichkeiten der Hysteresemodellierung vermittelt. Anschließend wird, basierend auf einem generischen Hysterese-Modell (dem klassischen Preisach-Modell), ein Korrekturalgorithmus entwickelt, welcher den Hysterese-Effekt kompensiert. Erprobt wurde der Ansatz am Beispiel der Ladedruckregelung eines zweistufig aufgeladenen Dieselmotors. Dabei zeichnen sich besonders die Turbinen-Bypassklappen durch starke Hysterese aus. Nutzwert Das klassische Preisach-Modell stellt einen Black-Box-Ansatz dar, welcher keine Vorkenntnisse über die zu modellierende Strecke voraussetzt. Die Modellidentifikation ist am Prüfstand durchführbar und nach einfacher Transformationergibt sich das inverse Modell, mit dem eine globale und exakte Hysteresekompensation möglich ist. Durch die vollständige Automatisierbarkeit von Messdatenerfassung und Modellbildung ist kein tieferes Fachwissen des Applikations-Ingenieurs über den verwendeten Modellansatz notwendig ist. Somit ist das Fehlerpotential durch Fehlbedienung minimiert. Des Weiteren ist der Algorithmus echtzeitfähig, so dass er auf einem Mikrocontroller (z.B. dem Motorsteuergerät) implementiert werden und zur online-Hysteresekompensation verwendet werden kann. In Kombination mit dem Korrekturalgorithmus ergibt sich nun lineares Streckenverhalten, so dass einfach zu kalibrierende Standardregler eingesetzt werden können. Die Regelgüte der in der Arbeit betrachteten Ladedruckregelung konnte entscheidend verbessert werden. Des Weiteren ergibt sich durch die schnellere und exakte Einregelung des Ladedrucksollwertes ein Emissionsreduktionspotential. < zurück |
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