Alexander Bollig

Model Predictive Control of a Parallel Hybrid Vehicle Drivetrain

Hybrid vehicles gain importance and attention as the need for more fuel-efficient propulsion concepts increases. This article describes the modelling and the control of the longitudinal dynamics of a hybrid vehicle with a parallel configuration. The key aspect of the displayed hybrid concept is the smooth but quick transition between pure electrical driving and hybrid driving which has to occur without interruption of the demanded driving power and jerk. A model predictive control concept is presented for solving this task.

RAPID PROTOTYPING OF SEQUENTIAL CONTROLLERS WITH PETRI NETS

Abstract This paper focuses on the possibilities of a Petri net based rapid control prototyping (RCP) tool chain. P/T nets extended by interfaces and connected to an extended state model allow the description of typical programmable logic controller tasks. After a general introduction to RCP, the method is applied to the area of sequential control, and code generation for the chosen model is depicted. The paper closes with an example for a tool chain, demonstrated by system simulation and Software-in-the-Loop for a subsystem of a flexible manufacturing system in an industrial fieldbus environment.

Einsatz optischer Technologien zur Regelung des Laserstrahlschweißprozesses Application of Optical Technologies for Closed Loop Control of Laser Beam Welding

Abstract Das Schweißen mit Laserstrahlung ist ein innovatives optisches Fügeverfahren, das sich gegenüber konventionellen Schweißtechniken durch höhere erzielbare Schweißgeschwindigkeiten und geringere Nahtbreiten bei gleichzeitig gesteigerter Nahttiefe auszeichnet. Wesentliche Qualitätskriterien sind neben erkannten Fehlern der Schweißnaht die Einschweißtiefe und die Nahtbreite, die die Nahtgeometrie bilden. In diesem Beitrag werden optische Sensoren für die Erfassung relevanter Prozessgrößen beschrieben sowie hierauf aufbauend ein prädiktives Regelungskonzept, in dem die Stellgrößen Laserleistung und Fokuslage unter Berücksichtiung der zukünftigen Bahngeschwindigkeit optimiert werden. Bei der Modellierung des physikalisch komplexen, nichtlinearen Prozesses wird ein Neuronales Netz mit externer Dynamik verwendet. Ergebnisse aus der Anwendung des Regelungskonzepts auf den realen Schweißprozess werden vorgestellt.

Robuste Modellprädiktive Regelung für Hybridgetriebe (Robust Model Predictive Control of Hybrid Transmissions)

Hybridfahrzeuge gewinnen zunehmend an Bedeutung, vor allem wegen ihrer Möglichkeiten zur Kraftstoffeinsparung, aber auch wegen ihrer zusätzlichen Agilität aufgrund der kurzfristig erreichbaren erhöhten Drehmomente. Ein flexibles Getriebe erlaubt mehrere Hybridkonfigurationen, sowohl parallel als auch seriell oder leistungsverzweigt. Ein zentraler Aspekt eines Hybridantriebs ist der komfortable Wechsel zwischen einem rein elektrischen Fahren und dem hybriden Fahren. Dieser Übergang wird am Beispiel einer parallelen Konfiguration in einem flexiblen Hybridgetriebe untersucht und durch das Schließen einer Anfahrkupplung erreicht. Dabei muss der Kupplungsvorgang die gestellten Anforderungen hinsichtlich des Fahrkomforts erfüllen. Ein spürbarer Ruck oder eine Zugkraftunterbrechung sind nicht zulässig. Im vorliegenden Beitrag soll ein Modellgestützter Prädiktiver Regler (MPR) vorgestellt werden, der diesen Übergang ausführt. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Robustheit des Reglers gelegt, da der Übergang bei allen Fahrbedingungen und Fahrzeugeigenschaften zuverlässig und komfortabel zu realisieren ist. Hybrid electric vehicles increasingly gain importance mainly due to the potential fuel saving but also because of the additional agility achieved by the increased peak torques during boosting. An important aspect of a hybrid architecture is the transition between pure electric and hybrid operation, which is exemplarily investigated in a flexible hybrid transmission under a parallel engagement configuration. A clutch which separates the transmission input side (engine side) from the rest of the drivetrain is engaged in order to achieve the transition. A noticeable jerk during the engagement process or an interruption of the drive torque cannot be tolerated since the driving comfort must not be reduced. Special attention was given to the robustness of the controller, since the transition has to be carried out reliably and comfortably under varying vehicle properties and drive conditions. Schlagwörter: Prädiktive Regelung, Hybridfahrzeuge, Kupplungsregelung, Getrieberegelung

Konzept zur Sollwertgenerierung und Modellgestützten Prädiktiven Regelung für die Querführung von Nutzfahrzeugkonvois (Concept for the Generation of Reference Variables and Model-Based Predictive Control for the Lateral Guidance of Heavy-Duty Vehicle Platoons)

Das Konvoifahren von Nutzfahrzeugen stellt eine mögliche Organisationsform für den zukünftigen Güterkraftverkehr dar. Während das Führungsfahrzeug manuell gesteuert wird, werden alle Folgefahrzeuge automatisch längs- und quergeführt. In diesem Beitrag wird ein Konzept zur Sollwertgenerierung sowie zur Modellgestützten Prädiktiven Regelung (MPR) für die im Rahmen der Bahnführung notwendige Querregelung vorgestellt. Das Regelungsverfahren wird in Simulationen unter Berücksichtigung von Parameterschwankungen erprobt und die Ergebnisse werden dargestellt. Heavy-duty vehicle platoons are a possible future form of organisation for goods traffic. Only the leading vehicle is manually driven while all following vehicles are automatically controlled in longitudinal and lateral direction. This paper presents a concept for the generation of reference variables as well as for a model-based predictive control (MPC) to be used for the lateral control within the path tracking. The control method is investigated also considering parameter variations in simulations and the results are presented.

APPLICATION OF NEURO-PREDICTIVE CONTROL TO LASER BEAM WELDING

Abstract Welding with laser beams is an innovative technique, which is leads to higher penetration depth and a narrower seam compared to conventional welding techniques. One significant criterion of the quality of a junction is the penetration depth. Within this article a predictive control scheme is presented that optimises the process input laser power by taking the future welding speed into account. For modelling this non-linear process an Artificial Neural Network ( ANN ) is applied. The GPC -algorithm with a linear model obtained by instantaneous linearization of the network is used. First results of the application on a real laser welding system are described.

Automatisierter Entwurf nichtlinearer prädiktiver Regler für Dieselmotoren (Automated Development of Nonlinear Model Predictive Control for Diesel Engines)

Im Beitrag wird ein modellgestütztes prädiktives Regelungskonzept basierend auf sukzessiv linearisierten Streckenmodellen vorgestellt. Zur schnellen Reglerentwicklung steht eine automatisierte Entwicklungskette mit Formelmanipulation, Codeerzeugung und Erprobung in der Simulation zur Verfügung. Der vorgestellte Ansatz zeichnet sich besonders durch hohe Flexibilität und Erweiterbarkeit auch für hochintegrative Regelungsaufgaben am Dieselmotor aus. A model based predictive control based on successively linearised models is presented. For rapid control prototyping an integrated development environment has been developed. The presented approach is highly flexible and scalable and can be used particularly for control of diesel engines in highly integrated systems.

APPLICATION OF MODEL-BASED PREDICTIVE AND ROBUST LOOP SHAPING CONTROL TO AUTOMATIC CAR STEERING

Abstract The automatic steering assistance system presented in this paper takes advantage of the technique of Model-based predictive control (MPC) of systems with hard input constraints in order to compute the appropriate steering angle of the front tires. In addition the Quantitative Feedback Theory (QFT) is used to find a robust controller that maintains the key properties of the loop for the implementation of the Model-based Predictive Controller input, despite uncertainty, i.e. stability, tracking performance and disturbance rejection. The procedure involves deriving a steering angle rate from the front tire angle and applying it to the steering column. The feasibility of the proposed assistance system is evaluated in a simulation using Matlab/Simulink and a test vehicle. The results demonstrate the effectiveness of the automatic steering system in lane keeping and yaw dynamic improvement.