Monitoring und Regelung

Fraunhofer ITWM

Im Zentrum dieses Arbeitsschwerpunkts stehen Fragestellungen aus den Bereichen Regelung und Condition Monitoring.

Aktive Schwingungsdämpfung oder Lärmreduktion in Automotive-Applikationen, Signaltracking im Bereich der Prüfstands- oder Temperatursteuerung  und Reglerdesign im Bereich "Smart Enery" sind typische Aufgabenstellungen im Bereich Regelung.
Zentrale Fragestellungen im Bereich Condition Monitoring ist die Schwingungsprognose und -analyse von rotierenden Antrieben. Insbesondere besteht in der Arbeitsgruppe eine langjährige Erfahrung im Bereich des Torsionsmonitorings rotierender Maschinen. Zentrale Anwendung finden die Methoden im Bereich von Kraftwerksturbosätzen.

Wir beraten und unterstützen sie bei der Modellierung und Simulation des Gesamtsystems, beim Design modellbasierter, robuster Beobachter/Regler, bei  der Analyse der Performance und Robustheit des Gesamtsystems oder der Integration des Beobachters oder Reglers in ihre Systemhardware. Wir unterstützen sie beim Rapid Prototyping oder bei der Entwicklung innovative Gesamtsystemlösungen z.B. bestehend aus Hardware, Regler/Beobachter und Benutzeroberfläche mit intuitiver Bedienung.

Projekte und Produkte

  • Toolbox zum Wellenrissmonitoring bei Kraftwerksturbosätzen

    Kritische Betriebszustände eines Turbosatzes können durch vielfältige strukturmechanische Effekte, wie z. B. Risse, Lagerschäden, Kupplungsschäden, Unwucht sowie durch Störungen im elektrischen Netz verursacht werden und erfordern daher ein permanentes Schwingungsmonitoring.

  • Automatisiertes robustes Reglerdesign zur aktiven Schwingungsdämpfung

    Das Reglerdesign spielt bei der Auslegung eines aktiven Schwingungsdämpfungssystems eine wesentliche Rolle. Nur im optimalen Zusammenspiel zwischen Struktur und Regler kann die bestmögliche Dämpfung erzielt werden.

  • Prognose und Regelung von Torsionsschwingungen für Prozesse und rotierende Systeme - TORSYS

    Die Run-Out Kompensation für flexibel an der Welle positionierbare, berührungslos arbeitende Messsysteme, die basierend auf dem magnetostriktiven Effekt ferromagnetischer Wellen Änderungen in der Torsionsspannung an deren Oberfläche detektieren, steht im Fokus dieses Projektes.

Kompetenzen

  • Modellierung - FE-Modellierung, Neuronale Netze, Lokale Modellnetzwerke
  • Systemanalyse - Sensitivitätsanalyse, Sensor- und Aktorplatzierung
  • Numerische und symbolische Modellreduktion
  • Parameteridentifikation und Modelladaption
  • Beobachter-/Reglerdesign
weitere Details

Methoden und Algorithmen

Modellierung - FE-Modellierung, Neuronale Netze, Lokale Modellnetzwerke

Basierend auf Messungen oder physikalischen Zusammenhängen erstellen wir ein mathematisches Modell in Matlab / Simulink oder importieren ihre Daten aus einem gängigen FE-Tool (Ansys, Abacus, ....).

Systemanalyse - Sensitivitätsanalyse, Sensor- und Aktorplatzierung

In der Systemanalyse bestimmen wir die optimale Anzahl und Position von Aktoren und Sensoren sowie den Einfluss von System- und Modellunsicherheiten. Neben der Verbesserung des Systemverständnisses werden auch Robustheitsanforderungen an den Regler / Zustandschätzer abgeleitet.

Numerische und symbolische Modellreduktion

Um die Echtzeittauglichkeit des resultierenden Reglers oder Zustandsschätzers / Beobachters zu grantieren, passen wir die Modelldimesion mit Reduktionsverfahren an, so dass die Modelldynamik des reduzierten Systems und des originalen Modells auf dem interessierenden Frequenzbereich bestmöglich übereinstimmt.

Parameteridentifikation und Modelladaption

Basierend aus Messdaten identifizieren oder apaptieren wir das zugrundliegende mathematische Modell des Systems, so dass die bestmögliche Übereinsteimmung mit der Realität besitzt. Die Adaption erfolgt z.B. auf Messungen von Frequenzantworten oder modalen Systemgrößen.

Beobachter-/Reglerdesign

Daten- oder modellbasiert entwickeln wir den für die Fragestellung geeigneten Regler  oder Beobachter optimiert an die Performance- und Robustheitsspezifikationen.

Modellierungs-, Design- und Simulationswerkzeuge

  • System: ANSYS, Matlab/Simulink, Dymola
  • Modellierungssprachen: Matlab/Simulink, Modelica