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Bibliographic Metadata

Title
Optimization-based reliability control of mechatronic systems / von Dipl.-Ing. Tobias Meyer ; Erstgutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Walter Sextro, Zweitgutachter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche
AuthorMeyer, Tobias
ParticipantsSextro, Walter ; Bertsche, Bernd
PublishedPaderborn, 2016
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (xv, 112 Seiten) : Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Univ., Dissertation, 2016
Annotation
Tag der Verteidigung: 15.12.2016
Defended on2016-12-15
LanguageEnglish
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-27564 
DOI10.17619/UNIPB/1-3 
Files
Optimization-based reliability control of mechatronic systems [7.26 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

Zuverlässigkeitsadaptive Systeme ermöglichen eine Anpassung des Systemverhaltens basierend auf der aktuellen Systemzuverlässigkeit. Sie können damit ihre Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit situationsbezogen gegeneinander abwägen. Dies kann genutzt werden, um das Ausfallverhalten an einen Wartungsplan anzupassen, wodurch die Verfügbarkeit erhöht und das Potenzial des Systems voll ausgeschöpft wird. Um die Implementierung einer solchen Anpassung zu ermöglichen, ist ein von einem Verschleißmodell unabhängiger Regelalgorithmus gewünscht. Ein Zuverlässigkeitsregler auf Basis des health index, eines Maßes für Systemverschleiß, wird entwickelt. Er nutzt dazu Selbstoptimierung als eine mögliche Umsetzung der Verhaltensanpassung. Sie basiert auf der Auswahl von Zielen, die das System verfolgt. Mögliche Arbeitspunkte werden vorab mit Mehrzieloptimierungstechniken berechnet. Der Regler stellt die Priorität von Zielen ein und wägt damit zwischen Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit ab. Als Beispielanwendung wird eine automatische Einscheiben-Trockenkupplung eingeführt. Der Zuverlässigkeitsregler wird vollständig aufgebaut und Lebensdauerexperimente werden durchgeführt. Ergebnisse zeigen, dass die Streuung der Ausfallzeit stark reduziert werden kann, wodurch das Ausfallverhalten besser vorhersehbar wird. Zugleich kann die gewünschte Lebensdauer auf Kosten der Leistungsfähigkeit erhöht werden, um verlängerte Wartungsintervalle zu realisieren. Zusammen werden eine bessere Ausnutzung der Systemleistungsfähigkeit und eine bessere Planung der Wartung ermöglicht.

Abstract (English)

Reliability-adaptive systems allow an adaptation of system behavior based on current system reliability. They can extend their lifetime at the cost of lowered performance or vice versa. This can be used to adapt failure behavior according to a maintenance plan, thus increasing availability while using up system capability fully. To facilitate setup, a control algorithm independent of a degradation model is desired. A closed loop control technique for reliability based on a health index, a measure for system degradation, is introduced. It uses self-optimization as means to implement behavior adaptation. This is based on selecting the priorities of objectives that the system pursues. Possible working points are computed beforehand using model-based multiobjective optimization techniques. The controller selects the priorities of objectives and this way balances reliability and performance. As exemplary application, an automatically actuated single plate dry clutch is introduced. The entire reliability control is setup and lifetime experiments are conducted. Results show that the variance of time to failure is reduced greatly, making the failure behavior more predictable. At the same time, the desired usable lifetime can be extended at the cost of system performance to allow for changed maintenance intervals. Together, these possibilities allow for greater system usage and better planning of maintenance.