Diese Arbeit leistet einen Beitrag für die aktive Schwingungsdämpfung im elektrifizierten Antriebsstrang. Der Schwerpunkt liegt auf dem Entwurf und der Optimierung von Mehrgrößenreglern, die es ermöglichen, die Abhängigkeiten zwischen den Stellgrößen abzubilden und die charakteristische Dynamik (Anstiegszeilen, Totzeiten und Beschränkungen) der individuellen Stellgrößen zu berücksichtigen. Den Ausgangspunkt bilden die detaillierten Untersuchungen der relevanten Komponenten (Verbrennungsmotor, E-Maschine und Kupplung) und die Beschreibung der darin auftretenden Dynamik und Beschränkungen. Darauf aufbauend bewertet diese Arbeil die Verfahren der Conlrol Allocation und der modellprädiktiven Regelung, da sich beide Ansätze aufgrund ihrer Eigenschaften sowohl für den Mehrgrößenfall als auch für die Kompensation der Totzeiten eignen. Zur Bewältigung der Systemkomplexität und unter Berücksichtigung einer effizienten Entwicklung sowie einer hohen Qualität gewinnt die modellbasierte Funktionsentwicklung von Steuerungs- und Regelungsfunktionen in hybriden Antriebssträngen einen immer größer werdenden Stellenwert. Um eine Validierung der Funktionalitäten für den Einsatz in der Praxis durchzuführen und den Implementierungsaufwand abzuschätzen, erfolgt die Umsetzung der Funktionsentwicklung in einer modellbasierten Entwicklungsumgebung. Damit man außerdem die beiden Verfahren vergleichen und individuell erweitern kann, erfolgt die Implementierung in einer Co-Simulationsumgebung, die sowohl das nichtlineare Übertragungsverhalten des Antriebsstrangs als auch die totzeitbehaftete Ansteuerung enthält. Zusätzlich zur qualitativen Bewertung des Dämpfungsverhaltens werden somit auch Aussagen über den Implementierungsaufwand, die Rechenzeit und die Applikation der jeweiligen Verfahren möglich. Da die Rechenzeit und die damit verbundenen Echtzeitanforderungen eine zentrale Rolle in der Funktionsentwicklung einnehmen, beschreibt ein gesondertes Kapitel die Numerik der quadratischen Optimierung und zeigt weitere Möglichkeiten auf, wie der Rechenaufwand im speziellen Fall der Schwingungsdämpfung reduziert werden kann. Zusammenfassend zeigt sich, dass der auf der Control Allocation basierende Lösungsansatz leichter in bestehende Funktionen zu implementieren ist als die modellprädiktive Regelung und eine kompakte, leicht verständliche Aufteilung des (Dämpfungs-)Moments auf beliebig viele Stellgrößen bietet. Beim Rechenaufwand zeigen sich außerdem deutliche Vorteile gegenüber der modellprädiktiven Regelung. Da die Control Allocation aber keine echte Mehrgrößenregelung darstellt, können mit diesem Verfahren nicht mehrere Regelziele unabhängig voneinander verfolgt werden. Hier ist die modellprädiktiven Regelung im Vorteil, da sie so viele Regelziele verfolgen kann, wie Stellgrößen zur Verfügung stehen. Ebenso werden die individuellen Totzeiten der Stellgrößen im Regelentwurf berücksichtigt, sodass prinzipiell höhere Dämpfungsmomente als beim Verfahren der Control Allocation möglich sind, das bei unterschiedlichen Totzeiten mit einem Smith-Prädiktor keine optimalen Ergebnisse im Mehrgrößenfall liefert und somit bei größeren Dämpfungsmomenten die Stabilität des Regelkreises nicht gewährleisten kann. Allerdings geht bei der modellprädiktiven Regelung die Nachvollziehbarkeit des Algorithmus wegen dessen Komplexität verloren, sodass im Fehlerfall eine Lösungssuche sehr aufwendig ist. Die Applikation erfolgt anhand von Gewichtungsmatrizen, die einerseits ein mächtiges Werkzeug darstellen, andererseits keinen direkten Bezug zur Regelabweichung herstellen. Die Implementierung und Bewertung der Verfahren haben gezeigt, dass sich beide Verfahren prinzipiell für die aktive Schwingungsdämpfung sehr gut eignen. Die Control Allocation ist aktuell aufgrund der geringeren Komplexität, der einfacheren Integration und der niedrigeren Rechenanforderungen gegenüber der modellprädiktiven Regelung zu bevorzugen.


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    Title :

    Analyse, Modellierung und Entwurf einer Mehrgrößenregelung zur aktiven Schwingungsdämpfung im hybriden Antriebsstrang


    Contributors:

    Publication date :

    2012


    Size :

    139 Seiten, Bilder, Tabellen, 67 Quellen


    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German