Upgrading and optimizing a HiL test rig for hydraulic steering systems with a fully digital servo amplifier and a servo motor for automatic steering  

Diplomarbeit

Beendet: 2010-06-21
Von: Kevin Bertram
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Reinhard Schröder, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

• Dipl.-Ing. (FH) Jens Hauke Müller, tedrive Steering GmbH i.I.

Aufgabe dieser Arbeit war es einen HiL-Lenkungsprüfstand(Hardware in the Loop) um die automatische Verstellung des Drehschiebers, der Hydrauliklenkung, zu erweitern. Der bisherige Prüfstand konnte mit einem Linearantrieb bereits die Spurstangenkräfte, welche bei Torsion der Bereifung des stehenden Fahrzeugs entstehen, simulieren. Nach sorgfältiger Auswahl des hierfür benötigten Servoantriebs, wurden die Reglerparameter per Frequenzkennlinienverfahren und Schwingungsmethode nach Ziegler/Nichols bestimmt. Anschließend wurden die Parameter der dynamischen Lastsituation des Gesammtsystems angepasst. Der Umrichter wurde über einen CAN-Bus mit CANopen-Befehlen gesteuert, welche von einem Matlab® bzw. Simulink®-Modell auf einem Echtzeitsystem generiert wurden. Über eine, mit der Software verknüpfte Benutzeroberfläche konnten die gewünschten Stellvorgänge bequem ausgewählt werden. So wurde eine sehr realitätsnahe Lenkungsumgebung geschaffen, welche das Entwicklungsbegleitende Prüfen einer hydraulischen Lenkung erleichtert. 

Abstract:

The thesis´s goal was to upgrade the existing HiL(Hardware in the Loop) test rig for hydraulic steering systems to execute automated steering. The prior test rig was able to simulate forces applied to the steering tie rod, caused by the torsion of the tyres, of a real motionless car. After carefully selecting a fitting servo motor, the servo drives parameters where determined via Ziegler-Nichols tuning method and frequency response analysis. Afterwards parameters were optimized for the dynamic load of the system as a whole. The drive was controlled by CANopen commands, send via CAN-bus. Those commands were generated by a Matlab® or rather Simulink® program, running on a real-time system. The desired steering angle can be selected via user interface, which is linked to the Simulink® program. Due to this, a very realistic steering environment was created, which made testing hydraulic steering systems during their development a lot easier.  

Analysis and optimization of the strip tension control of a hot dip galvanizing line

Diplomarbeit

Beendet: 2009-08-21
Von: Thiemo Czarnetzki
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Reinhard Schröder, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

• Dipl.-Ing. Rüppel, ThyssenKrupp Steel AG

In Feuerbeschichtungsanlagen muss das Stahlband stramm durch die verschiedenen Bearbeitungsprozesse geführt werden. Eine Bandzugregelung sorgt dafür, dass die eingestellten Werte für den Bandzug eingehalten werden. Während der Produktion kann es in den verschiedenen Prozessstationen der Anlage zu Bandzugschwingungen kommen, die negative Auswirkungen auf die Qualität des Produkts haben können. Ziel der Diplomarbeit war es, starke Bandzugschwingungen während des Produktionsprozesses zu analysieren und zu reduzieren.

Nachdem die problematischen Stellen identifiziert wurden, erhielten diese unterschiedliche Prioritäten. Anschließend wurde die Optimierung der Regelungen in der zuvor bestimmten Reihenfolge durchgeführt. Wichtigstes Ergebnis war, dass die Bandzugschwankungen besonders von einem Aggregat abhingen. Durch die getroffenen Optimierungsmaßnahmen verringerten sich die Schwingungen unter anderem auch im Bereich der Düse, welche sehr wichtig für die Beschaffenheit der verzinkten Oberfläche ist. Durch die nun geringeren Schwingungen erhofft man sich weniger Stillstände durch Bandrisse und somit eine Kostenersparnis beim Betrieb der Anlage.

Abstract:

In hot dip galvanizing lines, the steel strip has to be routed tautly through the different processes of machining. Therefore a strip tension control exists, which regulates the value of the strip tension to be maintained. But it may come to heavy vibrations of the strip tension in the facility, during the dif-ferent production processes, which may have a negative impact on the quality of the product. Aim of this thesis was to analyse and reduce the vibrations of the strip tension.

After identifying the problematic units, they were sorted by priority. During the optimization of the con-trols it was ascertained that especially one aggregate was responsible for the heaviest vibrations. As it was optimized, the vibrations were reduced inter alia nearby the nozzle, which is very important for the texture of the galvanized surface. Because of the reduced vibrations less downtime is hoped for, caused by strip cracks and thus cost savings for operating the entire facility.

Contribution to the emulation of characteristic behavior of a gas turbine and its control system

Diplomarbeit

Beendet: 2008-11-28
Von: Markus Kempen
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Günter Schulz, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

• Dipl.-Ing. Klaus Thomas, E.ON Engineering GmbH

Das Ziel dieser Diplomarbeit war der Aufbau der Simulation einer Gasturbine des Typs Frame3 mit einem dazugehörigen Regelkonzept. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein vorhandenes Modell simuliert, untersucht und optimiert. Das Regelkonzept wurde untersucht, relevante Teilkomponenten identifiziert und in die Simulation eingebracht. Abschließend wurde das Gesamtsystem, bestehend aus Turbinenmodell und Regeleinrichtung, aufgebaut und simuliert. Ergebnis ist eine Simulation, die das grundsätzliche dynamische Verhalten einer solchen Gasturbine veranschaulicht. Die Simulation wurde unter BORIS (Blockorientierte Simulation) aus dem Paket WinFACT aufgebaut.

Abstract:

Aim of this thesis was to construct the simulation of a gas turbine type Frame3 with an appropriate control system concept. For this an existing model of such a gas turbine was simulated, analyzed and optimized. Then a control system concept was analyzed, relevant components were identified and integrated into the simulation environment. Finally the complete system, composed of the turbine model and the control equipment, was implemented and simulated. The result is a simulation which shows the principle dynamic behavior of such a gas turbine and its control system. The simulation was build with BORIS (Block oriented Simulation), which is part of the software package WinFACT.

Regulation of the speed of a conveyor to extent the durability

Diplomarbeit

Beendet: 2007-08-10
Von: Manuel Hildebrand und Alexander Knake
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Reinhard Schröder, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

• Dipl.-Ing. Joachim Staub, Deutsche Steinkohle AG

In dieser Diplomarbeit wurde analysiert, wodurch der Verschleiß der Becherkette entsteht. Es stellte sich heraus, dass der Verschleiß reduziert werden kann, indem die Kette möglichst voll beladen wird und so langsam wie möglich umläuft. Dies wurde erreicht, indem die Fördergeschwindigkeit des Becherwerks an den Schüttgutanfall angepasst wurde, um so den maximalen Becherinhalt auszunutzen. Für ein Regelsystem zur Anpassung der Fördergeschwindigkeit an den Schüttgutanfall sind alle wichtigen Regelparameter als Eingangsgröße identifiziert und durch geeignete Messinstrumente erfasst worden. Die Füllstandsmessung erfolgte über einen Ultraschallsensor mit einer zusätzlich angefertigten Haltekonstruktion. Bei dem Entwurf für ein geeignetes Regelsystem ist ein Algorithmus hergeleitet worden, der anhand der Aufgabe an Rohwaschkohle auf die dem Becherwerk vorgeschaltete Setzmaschine, die entsprechende Mindestfrequenz für die Becherkette errechnet. Für den Frequenzumrichter des Antriebsmotors wird die obere Frequenzgrenze des aktuellen Regelbereiches vorgegeben, die gleichzeitig die Mindestfrequenz des nächst höheren Bereiches ist. Die anschließende Füllstandsregelung über den Ultraschallsensor kann die Motorfrequenz bis auf die vorgegebene Mindestfrequenz des aktuellen Bereiches herabsetzen, so dass ein optimaler Füllstand erzielt wird.

Abstract:

Aim of this diploma was to analyse the origin of the conveyor`s abrasion. The abrasion can be decreased, if the conveyor has his maximum of setting and speeds preferably low. To use the whole volume of the tumbler the speed of the conveyor has to be related to the amount of bulk good. For the development of a regulating system for the speed of the conveyor, the important regulating parameters have to be identified and collected with appropriate measuring instruments. The level indication of the tumblers is recorded by an echo-sounder. There fore a buck was manufactured. For the concept of the regulating system an algorithm was deduced. This algorithm generates the minimum of frequency related to the feeding of pit coal which comes up to an jigger. The frequency converter of the driving motor is given a higher frequency as the minimum frequency by a frequency boundaring control. The higher frequency is the upper frequency of the control range. It is also the minimum frequency of the next control range. The level indication with an echo-sounder is able to reduce the frequency to the minimum frequency of the actual range. As a consequence an optimal level of bulk in the tumbler is reached.

Contribution to the development of a controllable distribution-network-transformer

Diplomarbeit

Beendet: 2007-02-13
Von: Christian Stöcker
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Günter Schulz, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

• Dipl.-Ing. Michael Bendrat, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

Der vermehrte Einsatz von dezentralen Einspeiseanlagen - wie zum Beispiel Solaranlagen - in Niederspannungsnetzen, kann dazu führen, dass zulässige Spannungsgrenzen überschritten werden und damit die Spannungsqualität in diesen Netzen nicht mehr sichergestellt ist. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems ist der Einsatz regelbarer Verteilnetztransformatoren. Die Vorgabe für den entwickelten Regelalgorithmus war die Verwendung möglichst weniger Messwerte. Um Hinweise auf das Niveau der Spannungen im Netz zu erhalten wird ein Algorithmus auf einem Mikroprozessor implementiert, der aus den Messdaten für Wirk- und Blindleistung am Transformator, die Knotenspannungen für ein vereinfachtes Netz berechnet. Die berechneten Potentiale, sowie die Veränderung der gemessenen Wirkleistung sind Eingangsgrößen für einen Fuzzy-Regler. Dieser trägt durch Umschalten des Übersetzungsverhältnisses am Transformator dafür Sorge, dass zulässige Spannungsgrenzen nicht unter- oder überschritten werden. Durchgeführte Tests zeigen, dass der Einsatz des entwickelten Regelalgorithmus zu einer Verbesserung der Spannungsqualität führt.

Abstract:

The increasing application of decentralized feeders – like solar plants – in low voltage networks can evoke the transgression of acceptable threshold voltage. The quality of voltage in these networks cannot be assured. The application of a controllable transformer is deemed to be the answer to this problem. The use of few measured values was the specification for the developed controller. To get an indica-tion about the voltage level an algorithm is implemented on a microprocessor. This algorithm calculates from measured active and idle power the voltage in the nodes for a simplified network. These calculated potentials, as well as the delta of the measured active power are used as input pa-rameters of a fuzzy-controller. The controller guarantees keeping the threshold voltage by switching the transmission ratio of the transformer. Tests point out the application of the developed algorithm improves the quality of voltage.

Contribution to the development of a transformer-controller to guarantee voltage-quality in low-voltage networks by using renewable energy sources

Diplomarbeit

Beendet: 2004-11-15

Von: Jens Oberrath
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Günter Schulz, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

• Dipl.-Ing. Michael Bendrat, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein Beitrag zur Entwicklung eines regelbaren Verteilnetztransformators geleistet, der durch Umschalten des Übersetzungsverhältnisses die Spannungsqualität in Niederspannungsnetzen bei vermehrter Einspeisung von regenerativen Energiequellen sicherstellen soll. Bestandteil war eine messtechnische Untersuchung von NS-Netzen mit Blick auf die nach DIN EN 50 160 einzuhaltende Spannungsqualität und im Besonderen auf das Kriterium der langsamen Spannungsänderungen (10-Minuten-Effektivwerte). Darauf aufbauend wurden Simulationsrechnungen zur Bestimmung der maximal möglichen Einspeiseleistung von dezentralen Erzeugungsanlagen mit Hilfe eines Programms für energietechnische Netze durchgeführt. Die Überlastung der Betriebsmittel und das Überschreiten der Spannungsgrenze von 10% über der Nennspannung bestimmten die Grenzwerte der Leistung. In einer weiteren Berechnung war die Auswirkung eines möglichen Traforeglers zu untersuchen, der durch Umschalten des Übersetzungsverhältnisses die Spannung im betrachteten Niederspannungsortsnetz so beeinflussen soll, dass diese den Grenzwert von UN +10% nicht überschreitet. Im Anschluss standen Strukturierungen der Netze und zwei Möglichkeiten der Umsetzung eines Reglers zu Diskussion.

Abstract:

Aim of this thesis is a contribution to the development of a transformer-controller which should guarantee voltage-quality by reversing the turns ratio in low-voltage networks while increasing the use of renewable energy sources. Part of the work was the measurement of low voltage networks, regarding the DIN EN 50 160, especially slow voltage variations (10-minute-rms). Based on these measurements calculations in a program were made to get the maximum feeding of power by distributed generators. The limiting value of power was determined by overloading resources and voltages higher than 10% above the nominal voltage. Another calculation analysed the influence of a possible transformer-controller which should influence the voltage by reserving the turns ratio so that voltage was lower than UN +10%. At last the networks were structured and two possible types of controllers were discussed.