Systemtheorie von Hardware-in-the-Loop-Simulationen mit Anwendung auf einem Fahrzeugachsprüfstand mit parallelkinematischem Lastsimulator / Simon Olma ; [Referent: Prof. Dr.-Ing. Ansgar Trächtler, Korreferent: Prof. Dr.-Ing. Boris Lohmann]. Paderborn, 2021
Inhalt
- Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Symbolverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation
- 1.1.1 Hardware-in-the-Loop-Simulation
- 1.1.2 Anwendungsbeispiel Fahrzeugachsprüfstand
- 1.1.3 Problemstellung
- 1.2 Zielsetzung
- 1.3 Aufbau der Arbeit
- 2 Theoretische Grundlagen
- 2.1 Grundlagen der HiL-Methode
- 2.2 Modellierung
- 2.2.1 PKM am Beispiel eines Hexapoden
- 2.2.2 Prüfling - MacPherson-Fahrzeugachse
- 2.2.3 Umgebungsmodelle
- 2.3 Regelungstechnische Grundlagen
- 3 Stand der Technik und Forschung
- 3.1 Regelungstechnische Entwurfs- und Analysemethoden für HiL-Systeme
- 3.1.1 Substructuring-Methoden
- 3.1.2 Optimale HiL-Synthese nach MacDiarmid
- 3.1.3 Methoden im Robotik-Bereich
- 3.1.4 Methoden im PHiL-Bereich
- 3.1.5 Weitere Methoden zur Untersuchung der HiL-Simulationsgüte
- 3.2 Vergleichbare Anwendungsbeispiele
- 3.3 Regelungsverfahren für Parallelkinematiken
- 3.3.1 Positionsregelungen und Zustandsbeobachter
- 3.3.2 Direkte Kraftregelungen und hybride Strukturen
- 3.3.3 Indirekte Kraftregelungen
- 3.3.4 Analogie zwischen HiL-Simulationen und indirekten Kraftregelungen
- 3.4 Zusammenfassung und Handlungsbedarf
- 3.5 Konkrete Zielsetzung und Forschungsbeitrag
- 4 Modellbasierter HiL-Entwurf - Teil I: Eindimensionales Ersatzsystem
- 4.1 Konzipierung und Strukturierung
- 4.2 Modellierung
- 4.3 HiL-System mit Positionsregelung (Admittanzregelung)
- 4.4 HiL-System mit indirekter Kraftregelung (Impedanzregelung)
- 4.5 HiL-System mit direkter Kraftregelung (explizite Kraftregelung)
- 4.5.1 Minimalbeispiel zur Realisierung eines HiL-DAE-Systems
- 4.5.2 Entwurf für das Anwendungsbeispiel (DAE-System)
- 4.5.3 Realisierung und Auslegung
- 4.5.4 Modellierung der Aktordynamik
- 4.5.5 Optimierungsbasierter Entwurf unter Berücksichtigung der Systemdynamik
- 4.6 HiL-Systemanalyse
- 4.6.1 Einschwingverhalten der HiL-Systeme
- 4.6.2 Aktordynamik
- 4.6.3 Reibungseffekte
- 4.6.4 Massebehafteter Prüfling / Split-Mass-Problem
- 4.6.5 Simulationsbasierter Vergleich der HiL-Systeme
- 4.7 Zusammenfassung und Diskussion
- 5 Modellbasierter HiL-Entwurf - Teil II: Der mehrdimensionale Fall
- 5.1 Erweiterung der HiL-System- und Regelungsstruktur
- 5.2 Positionsregelung für den Hexapoden
- 5.3 Zustandsbeobachter
- 5.3.1 Beobachtbarkeitsmatrix und Beobachtbarkeit
- 5.3.2 Hierarchischer Sliding-Mode-Beobachter
- 5.3.3 Super-Twisting-Sliding-Mode-Beobachter
- 5.3.4 Nichtlinearer Luenberger-artiger Beobachter
- 5.3.5 Simulationsbasierte Analyse der Beobachter
- 5.4 Entwurf einer hybriden HiL-Regelung
- 5.5 Simulationsbasierte Analyse des HiL-Systems
- 5.5.1 Simulationssetup
- 5.5.2 Simulationsergebnisse - Regelgüte
- 5.5.3 Auswahl des Referenzsystems
- 5.5.4 Simulationsergebnisse - HiL-Güte
- 5.6 Zusammenfassung und Diskussion
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
- Literatur