Modellbasierte Ansteuerung räumlich ausgedehnter Aktuator- und Sensornetzwerke in der Strömungsregelung

Dück, Marcel; Abel, Dirk; Schröder, Wolfgang

doi:1866-1793

Modellbasierte Ansteuerung räumlich ausgedehnter Aktuator- und Sensornetzwerke in der Strömungsregelung = Model-based driving of spatially distributed actuator and sensor networks in flow control

Dück, Marcel

2016 & 2017

VerantwortlichkeitsangabeMarcel Dück

ImpressumJülich : Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek 2016

UmfangXIII, 153 Seiten : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-95806-193-4

ReiheSchriften des Forschungszentrums Jülich. Reihe Energie & Umwelt ; 349

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Druckausgabe: 2016. - Onlineausgabe: 2016. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2017

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Abel, Dirk (Thesis advisor) ; Schröder, Wolfgang (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-10-21

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-01453
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/683604/files/683604_.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/683604/files/683604_.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Regelungstechnik (416610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Netzwerk (frei) ; Aktuator (frei) ; Sensor (frei) ; Strömungsregelung (frei) ; flow control (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Das Thema der vorliegenden Dissertation befasst sich mit der modellbasierten Entwicklung eines echtzeitfähigen, räumlich ausgedehnten Aktuator- und Sensornetzwerkes für den Einsatz in der Strömungsregelung. Innerhalb eines kaskadierten Regelkreises wird die externe Strömungsregelung über das Netzwerk mit definierten Schnittstellen als Model-in-the-loop an das elektromagnetische Aktuator-System zur Strömungsbeeinflussung angebunden. Die Strömungsbeeinflussung wird mithilfe von transversalen Oberflächenwellen auf einer drei Millimeter starken Aluminiumplatte realisiert. Dieses Vorgehen ermöglicht sowohl die Durchführung von Experimenten zur Widerstandsbeeinflussung im Windkanal, als auch die Analyse der Unterschiede zwischen den Netzwerkkonfigurationen, die zur Bestimmung einer günstigen Topologie und Aufgabenverteilung führen. Dies bildet die Grundlage zur Spezifikation der Netzwerkkonfigurationen für die technische Umsetzung eines räumlich ausgedehnten Aktuator- und Sensornetzwerkes. Innerhalb des Netzwerkes werden die notwendigen Aufgaben anhand eines Modells auf die entsprechenden Netzwerkknoten abgebildet. Zur Kommunikation werden die Kommunikationsschichten entsprechend des OSI Referenzmodells definiert. Auf der Transportschicht wird ein echtzeitfähiges Protokoll integriert und anhand einer Simulation verifiziert. Verschiedene Netzwerksimulationen werden hinsichtlich unterschiedlicher Randbedingungen und Konfigurationen untersucht und die Ergebnisse diskutiert. Zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktuator-Systems wird ein Verfahren zur Berechnung und echtzeitigen Umsetzung glatter Signalübergänge zwischen unterschiedlich parametrierten sinusförmigen Signalen vorgestellt. Mithilfe der Wellenregelung wird das System stabilisiert und die angestrebte Genauigkeit der Wellenbewegung sichergestellt. Dazu wird eine angepasste modellbasierte Iterativ Lernende Regelung mit variablen Verstärkungsfaktoren entwickelt.

The topic of this thesis deals with the model-based development of a realtime, spatially enlarged actuator and sensor network for use in flow control. Within a cascaded control loop, the external flow control is connected via the network with defined interfaces as model-in-the-loop to the electromagnetic actuator system for influencing the flow. The flow is influenced by means of transversal surface waves on a three millimeter thick aluminum plate.This approach allows both experiments in the wind tunnel as well as the analysis of differences in network configurations, which lead to the determination of a favorable topology and computation distribution. This forms the basis for the specification of network configurations for the technical implementation of a spatially enlarged actuator and sensor network.The necessary tasks are mapped to the corresponding network nodes using a model. The communication layers are defined according to the OSI reference model. A real-time protocol is integrated on the transport layer and verified by a simulation. Various network simulations are investigated with regard to different boundary conditions and configurations and the results are discussed. A method for real-time calculation and application of smooth signal transitions between differently parameterized sinusoidal signals for driving the electromagnetic actuator system is presented. Using the wave control, the system is stabilized and the accuracy of the wave motion is ensured. For this purpose, an adapted model-based iterative learning control with gain switching is developed.

OpenAccess:
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