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Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation.

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Präsentation zum Thema: "Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation."—  Präsentation transkript:

1 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien Regelungstechnisches Kolloquium in Boppard Februar 2007 Christian Benatzky 22. Februar 2007 Institut für Mechanik und Mechatronik E325 Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung (A5) Ein Konzept zur aktiven Schwingungsdämpfung von Schienenfahrzeug- Wagenkästen

2 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 2 Motivation Schwere Metrofahrzeuge Prüfstandsmodell Modellidentifikation Reglerentwurf Zusammenfassung & Ausblick Inhalt

3 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 3 Motivation - Aktive Schwingungsdämpfung Zweck eines aktiven Schwingungsdämpfungskonzeptes für Metrofahrzeuge –Erhöhung Fahrkomfort Reduktion der auftretenden Beschleunigungen (Gewichtung nach ISO2631) –Gewichtsersparnis Achslasten Antriebsenergie –Kostenersparnis Einfachere mechanische Struktur Material Fertigungszeiten (vor allem für schwere Metros) Motivation

4 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 4 Eigenschaften –Die ersten Eigenfrequenzen liegen i.A. im Bereich von 8-10Hz –Extrem dicht liegende Eigenfrequenzen –Nur geringer Abstand zum Spektrum der Anregung –Charakteristischer S-Schlag im Türbereich Wesentliche Eigenformen Schwere Metrofahrzeuge: Eigenschaften Energieinhalt der Sekundärfederkräfte Systemantwort (vereinfacht) 1. Vertikale BiegeeigenformDachquerverziehung1. Torsionseigenform Schwere Metros

5 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 5 Fahrkomfort (im Allgemeinen verwendetes Kriterium) Schwere Metrofahrzeuge: Komfortbewertung a ISO,rms : a ISO : Frequenz-gewichtete Beschleunigung Gewichteter RMS-Wert UIC 513 / ISO 2361 Schwere Metros

6 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 6 Schema Aktor-Prinzip: Aktive Schwingungsdämpfung: prinzipielles Konzept Messen Regler Stellen Verstärker Struktur Konsole (Piezo-) Aktor U(t) F(t) Schwere Metros

7 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 7 Labormodell - Motivation Anforderungen –Möglichst dicht liegende Eigenfrequenzen –Möglichst niedrige Eigenfrequenzen –Verwendung standardisierter messtechnischer und aktorischer Komponenten FE-Analyse zur Modellauslegung –Länge: 2,5m –Breite/Höhe: 0,25m –Material: Aluminium Eigenformen gemäß FE-Analyse Prüfstand

8 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 8 Experimentelle Modalanalyse: Ergebnisse BIEGEEIGENMODE TORSIONSEIGENMODE Stark unterschiedliche Eigenfrequenzen (FE-Analyse: 67Hz)  MODELL- IDENTIFIKATION Prüfstand

9 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 9 Prüfstandsaufbau Prüfstand

10 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 10 Prüfstand und Mess-/Regelsystem MessgrößenAnregungSignalaufbereitung Prüfstand

11 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 11 Ein- und Ausgangsgrößen Systemstruktur Modellidentifikation 3 Eingänge, 8 Ausgänge Identifikation

12 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 12 Identifikation eines Zustandsraummodells mit dem Matlab-,,n4sid“- Algorithmus Identifikationsergebnisse Stör-Performance-ÜF Stell-Messgrößen-ÜF ÜF-SchätzungOrdnung 200Ordnung 6 Identifikation BiegungTorsion

13 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 13 Robuste Regelung von unsicheren Systemen EINGÄNGEAUSGÄNGE Unsicherheiten Störungen Stellgrößen Unsicherheiten Performancegrößen Messgrößen NOMINALES SYSTEM (enthält alle Gewichte) UNSICHERHEIT (additiv, multiplikativ, parametrisch) REGLER Standard P-K-  -Struktur Reglerentwurf

14 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 14 Strukturierter Singularwert  Systemstrukturen Strukturierter Singularwert  Robuste Performance D-K-Iteration Reglerentwurf

15 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 15  -Synthese/H  -Entwurf Leistungsdichtespektren von EINGANGSSTÖRUNGEN UNSICHERHEITEN (Aktoren  multiplikativ vernachlässigte Dynamik  additiv) PERFORMANCEGRÖSSEN (Beschl., Stellgrößen...) Entwurfsmodell der flexiblen Struktur (reduziertes Modell Blockschaltbild des Metromodells Reglerentwurf

16 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 16 Additive Unsicherheit und Reglerauslegung Zu erwartender Performancegewinn durch Regelung Übertragungsfunktion von Aktor zu Sensor additives Unsicherheitsgewicht BiegungTorsion Reglerentwurf

17 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 17 Regelergebnisse Beschleunigung,,vorne-links“ Zeitbereich Beschleunigung,,vorne-links“ Leistungsdichtespektrum Reglerentwurf

18 Institut für Mechanik und Mechatronik Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Schwere Metros Inhalt Motivation Prüfstand Identifikation Reglerentwurf Zusammenf. & Ausblick Forschungskooperationen STS - TU Wien 18 Zusammenfassung & Ausblick Experimentelle Erprobung eines aktiven Schwingungsdämpfungskonzeptes für (schwere) Metrofahrzeuge Robuster Reglerentwurf um den in der Realität vorhandenen Unsicherheiten gerecht zu werden Deutliche Schwingungsreduktion für das Labormodell erzielt Zukünftige Arbeiten –Aufstellung eines Fehlerdiagnosekonzeptes für das vorgestellte Regelsystem –Untersuchung des Hystereseverhaltens der Piezoaktoren Zusammenf. & Ausblick


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