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Titelaufnahme
Titelaufnahme
- TitelHybride Modellierung der Dynamik technischer Systeme auf Basis von Diskrepanzen / von Meike Claudia Wohlleben ; Referent: Prof. Dr.-Ing. habil. Walter Sextro, Koreferent: Prof. Dr. Sebastian Peitz
- Autor
- Gutachter
- Erschienen
- Umfang1 Online-Ressource (xv, 155 Seiten) : Diagramme
- HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2026
- AnmerkungTag der Verteidigung: 22.09.2026
- Verteidigung2026-09-22
- SpracheDeutsch
- DokumenttypDissertation
- Schlagwörter (GND)
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Klassifikation
Zusammenfassung
Die Modellierung der Dynamik technischer Systeme bewegt sich zwischen physikalisch fundierten White-Box-Ansätzen und rein datengetriebenen Black-Box-Modellen. Gray-Box-Modelle verbinden beide Paradigmen. Hybride Modelle stellen dabei einen Sonderfall dar, bei dem physikalisches Wissen explizit beibehalten und gezielt um datenbasierte Anteile ergänzt wird. Diese Arbeit untersucht hybride Modellierungsansätze auf Basis von Diskrepanzen zur Kompensation von Modellabweichungen. Obwohl dazu verschiedene Ansätze in der Literatur vorgeschlagen wurden, fehlt bislang ein systematischer Vergleich unter identischen Bedingungen. Auf Systemebene werden kontinuierliche und diskrete Verfahren für vollständig sowie nicht vollständig beobachtbare Systeme analysiert, sodass insgesamt fünf Ansätze gegenübergestellt werden. Die Bewertung erfolgt anhand synthetischer Messdaten eines Drei-Massen-Schwingers, die reale Bedingungen wie Rauschen, Trends und vereinfachte Modellannahmen isoliert berücksichtigen und damit Aussagen zur Generalisierungsfähigkeit erlauben. Anschließend werden ausgewählte Verfahren auf reale Messdaten eines Gelenkvierecks und eines Doppelpendels angewendet. Der Vergleich zeigt, dass kein Verfahren universell überlegen ist, sondern die Eignung maßgeblich von Anwendungskontext, Messsituation und verfügbarer Systembeschreibung abhängt. Die Übertragung auf Komponentenebene wird an Stoßdämpfer und Gummi-Metall-Lager demonstriert. Es zeigt sich, dass hybride Modellierung die Rechenzeit bei gleichbleibender Genauigkeit deutlich reduziert.
Abstract
The modeling of the dynamics of technical systems ranges between physics-based white-box approaches and purely data-driven black-box approaches. Gray-box models combine both approaches. Hybrid models represent a special case in which physical knowledge is explicitly retained and specifically supplemented by data-driven components.This work investigates hybrid modeling approaches based on discrepancies for the compensation of model deviations. Although various approaches have been proposed in the literature, a systematic comparison under identical conditions is still lacking. At the system level, continuous and discrete methods for fully and partially observable systems are analyzed, resulting in a comparison of five approaches in total. The evaluation is carried out using synthetic measurement data from a three-mass oscillator, which incorporates real conditions such as noise, trends, and simplified model assumptions in isolation, thereby enabling statements on generalization capability. Subsequently, selected methods are applied to real measurement data from a four-bar linkage and a double pendulum.The comparison shows that no method is universally superior, but rather that suitability depends on application context, measurement situation, and available system description.The transfer to component level is demonstrated using shock absorbers and rubber-metal bushings. It is shown that hybrid modeling significantly reduces computation time while maintaining accuracy.
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