Nicolaos Dourdoumas

Regelungstechnische Methoden zur Drehschwingungsdämpfung eines Wellenstrangs am Beispiel eines Motorprüfstands

ZusammenfassungIm Bereich der Automobilindustrie werden einzelne Fahrzeugkomponenten wie der Verbrennungskraftmotor oder Teile des Antriebsstrangs zu deren Prüfung über eine elastische Welle mit einer Belastungsmaschine verbunden. Durch die verhältnismäßig starre Ankopplung an die Belastungsmaschine kommt es meist zu relativ schwach gedämpften Resonanzfrequenzen, die durch oszillierende Belastungen am Prüfling angeregt werden können. Die auftretenden Torsionsschwingungen können Messergebnisse verfälschen oder im schlimmsten Fall zur Zerstörung von Prüfling oder Prüfstand führen. Aus diesem Grund muss in der Auslegung und im Bau von Prüfständen erhöhtes Augenmerk auf die Dämpfung derartiger Schwingungen gelegt werden. Neben mechanischen Schwingungsdämpfern bieten sich gerade im Bereich der Prüfstandstechnik aktive Verfahren zur Schwingungsdämpfung an. Der folgende Beitrag widmet sich der aktiven Schwingungsdämpfung von Torsionsschwingungen in Wellensträngen durch die gezielte Regelung der elektrischen Antriebsmaschine. Im Rahmen dieses Artikels wird ein gängiges Verfahren analysiert sowie eine weitere Methode basierend auf einem Kalman-Filter zur Zustandsschätzung für die Schwingungsdämpfung vorgestellt.AbstractIt is very common in the automotive industry to couple components such as the engine or parts of the drive train with an elastic torque shaft to a dynamometer to test these parts. The stiff coupling results in weak dampened resonance frequencies which commonly get excited by the oscillating loads of the test item. The resulting torsional vibrations can lead to distortions of the measurement or even to damage of the test item. As a result, it is important to consider sufficient damping of the drive train. In addition to mechanical dampers also active damping methods serve as suitable alternative to dampen torsional vibrations at test benches. This article focuses on active vibration damping methods through specific control of the dynamometer. It analyzes a conventional method and, moreover, presents a new approach for torsional vibration damping based on a Kalman-Filter for state estimation.

Modellierung des dynamischen Verhaltens der Wärmeübertragung in einem Rauchrohr-Wärmeübertrager Dynamic Modelling of the Heat Transfer in a Gas Tube Heat Exchanger

Zusammenfassung Um Wärmeübertrager geeignet betreiben zu können, ist es hilfreich ihre dynamischen Eigenschaften zu kennen. Hierzu wird ein einfaches hinreichend genaues nichtlineares Modell zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens an Hand eines sogenannten Rauchrohr-Wärmeübertragers hergeleitet. Dieses kann auf Grund des allgemeinen Ansatzes mit geringfügigen Modifikationen für andere Bautypen einfach adaptiert werden. Das vorgestellte Modell kann zur Abschätzung nicht gemessener Größen bzw. des Verschmutzungsgrades sowie zum Entwurf modellbasierter Regelungsstrategien verwendet werden.

Modellierung der Druck- und Volumenstromverhältnisse in einer Biomasse-Feuerung Modelling of Pressures and Volume Flows for a Biomass Furnace

Für Biomasse-Feuerungsanlagen gibt es bereits komplexe mathematische Modelle, die etwa für die Konzeption neuer Anlagen eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Komplexität sind sie allerdings sehr rechenzeitintensiv. In diesem Beitrag werden mathematisch einfache und trotzdem relativ genaue Modellierungsmöglichkeiten für Druck- und Volumenstromverhältnisse vorgestellt, die auch in Echtzeit verwendet werden können. Sie sind daher für die Abschätzung nicht gemessener Größen, für Diagnosezwecke oder für modellbasierte Regelungsstrategien einsetzbar. Complex mathematical models of biomass furnaces already exist and are used for example in the design process of new furnaces. Because of their complexity they are very time consuming. Simple though quite accurate possibilities of modelling pressures and volume flows are presented in this article which can be used in real time as well. Hence they are applicable for the estimation of unmeasured quantities, diagnostic purposes or model based control strategies.

An Approach to the Control of Periodically Cyclic Processes

Abstract Numerous solutions for the problem of controlling periodically cyclic processes (i.e. systems subject to periodic reference signals) already exist. However, most of them are quite sophisticated, hence unfavourable in practice. The following method is very simple, easily realisable, needs little prior knowledge of the system, works even with non-minimum-phase systems or systems with large dead time and has proved to function by some industrial applications.

Modellbasierte Regelung des Sekundärluftmassenstromes bei Biomasse-Feuerungsanlagen

Zusammenfassung Um den Verbrennungsprozess moderner Biomasse-Feuerungsanlagen gezielt zu beeinflussen, werden die von der Feuerungsregelung geforderten gasförmigen Massenströme mit Hilfe von Ventilatoren und Klappen eingestellt. Damit die tatsächlichen Massenströme den gewünschten Verläufen folgen, müssen diese von unterlagerten Regelungen auf die geforderten Werte geregelt werden. Im vorliegenden Beitrag wird für den Entwurf dieser unterlagerten Massenstromregler ein modellbasierter Ansatz mit Hilfe einer flachheitsbasierten Vorsteuerung am Beispiel der Sekundärluftzufuhr vorgestellt.

Erweiterung eines modellbasierten Regelungskonzepts für Biomassefeuerungsanlagen

Zusammenfassung Dieser Beitrag stellt die Weiterentwicklung eines erprobten, modellbasierten Regelungskonzepts für eine Biomassefeuerungsanlage dar. Das zur Zustandsschätzung eingesetzte Erweiterte Kalman-Filter wird um Formfilter und Sensormodelle ergänzt, um unter anderem die Auswirkungen von Schwankungen des Brennstoffabbaus zu berücksichtigen. Das verwendete Regelgesetz zur exakten Linearisierung wird dahingehend modifiziert, dass vom Kalman-Filter geschätzte Störgrößen verwendet werden. Abschließend werden die Modifikationen im Rahmen von Versuchen an einer realen Anlage verifiziert.

Effekte zeitdiskreter Ansteuerung von Asynchronmaschinen bei hohen Drehzahlen

ZusammenfassungDie zeitliche Diskretisierung der Statorspannungen beim Betrieb einer umrichtergespeisten Asynchronmaschine bewirkt eine Verkopplung des d- und des q-Zweiges im Rotorflusskoordinatensystem sowie störende Stromrippeln. Dies führt bei der Regelung und bei der Schätzung des Rotorflusses zu Problemen. Dieser Beitrag stellt eine eingangs- wie auch ausgangsseitige modellgestützte Kompensation dieses Effekts vor.AbstractWhen controlling an induction machine, the stator voltage vector is discretized temporally. This leads to cross-coupling in the rotor flux frame as well as to current ripples, deteriorating flux control and estimation performance. This article presents both input and output compensation methods for this effect.

Was messen Temperatursensoren in einer Biomasse-Feuerung wirklich? (What is Really Measured by Temperature Sensors in a Biomass Furnace?)

In Biomasse-Feuerungsanlagen wird eine Vielzahl von Temperatursensoren eingesetzt. Einerseits müssen diese Sensoren gegenüber Verschmutzung, mechanischen Beanspruchungen und großen Temperatursprüngen unempfindlich sein; andererseits sollen sie möglichst kostengünstig sein. Dadurch werden bewusst Kompromisse hinsichtlich einer schnellen und genauen Messung eingegangen. In diesem Beitrag werden einfache mathematische Modelle vorgestellt, die den Zusammenhang zwischen Prozessgrößen und den gemessenen Temperaturen beschreiben. Man kann sie zur Abschätzung der tatsächlichen Temperaturen und für modellbasierte Regelungsstrategien einsetzen. Many temperature sensors are used in biomass furnaces. They have to be insensitive to dirt, mechanical load and big temperature fluctuations; but on the other hand they have to be cheap. Hence a compromise concerning a fast and accurate measurement is accepted. This article presents simple mathematical models describing the relation between process values and measured temperatures. They are applicable for the estimation of real temperatures and for model based control strategies.

Zeitdiskrete approximative Zustandslinearisierung (Time-discrete Approximative State Linearization)

Die Vor- und Nachteile der so genannten exakten Eingangs-Ausgangslinearisierung sind wohlbekannt. Ein großer Nachteil besteht darin, dass es sich um ein zeitkontinuierliches Regelgesetz handelt, das bei einer zeitdiskreten Regeleinrichtung eventuell nur unbefriedigend angewendet werden kann. Die in diesem Beitrag vorgestellte Methode ist speziell für eine zeitdiskrete Anwendung ausgelegt und in der Wirkung mit der exakten Linearisierung vergleichbar. Die Funktionstüchtigkeit des Regelungskonzeptes wird anhand zweier Beispiele demonstriert. The pros and cons of the so-called exact input-output linearization are well known. A big disadvantage is the fact that it results in a time-continuous control law, which may result in unsatisfying behaviour using time-discrete control units. The method presented in this paper is especially designed for a time-discrete application providing properties comparable to the exact linearization. The functional ability of the concept is demonstrated by two examples.

Ein Modalmaß für Beobachtbarkeit und perspektivische Beobachtbarkeit linearer zeitinvarianter Systeme

Zusammenfassung Das Modalmaß nach Litz stellt eine einfache Möglichkeit zur quantitativen Bewertung der Beobachtbarkeit eines Systems dar. Einen durch mehrfache Eigenwerte verursachten Beobachtbarkeitsverlust zeigt es jedoch mitunter nicht korrekt an. Vorliegender Beitrag schlägt eine Erweiterung vor, welche dieses Problem behebt. Im Weiteren wird gezeigt, dass sich das modifizierte Maß leicht auf die perspektivische Beobachtbarkeit erweitern lässt. Die praktische Anwendbarkeit des erweiterten Maßes wird anhand eines anschaulichen Beispiels demonstriert.