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Regelung verteilt-parametrischer Erstarrungs- und Schmelzprozesse

Fachliche Zuordnung Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Förderung Förderung seit 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555284045
 
Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist die für industrielle Anwendungen wichtige Problemstellung, allgemeine 1d- und 2d-Erstarrungs- und Schmelzprozesse mit zeitveränderlichem Ortsbereich gezielt zu beeinflussen. Dazu wird die Flachheitseigenschaft solcher Prozesse genutzt, um systematisch nichtlineare Steuerungen zu entwerfen. Zur Berücksichtigung von Störungen und Modellfehlern erfolgt der Entwurf von Folgereglern mittels der Backstepping-Methodik. Damit werden neue und leistungsfähige Entwurfswerkzeuge zur Regelung von Erstarrungs- und Schmelzprozessen geschaffen. Dabei ergeben sich sowohl für den Flachheitsentwurf als auch für die Backstepping-Methodik neue interessante wissenschaftliche Herausforderungen. Ausgangspunkt des Projekts ist die Weiterentwicklung bisheriger Ergebnisse zum linearen backsteppingbasierten Folgereglerentwurf für 1d-Zweiphasenprobleme mit zeitveränderlichem Ortsbereich. Für die Berücksichtigung von Modellfehlern und nichtmessbaren Störungen werden die linearen Folgeregler im Projekt um Störgrößenaufschaltungen für diese komplexe Systemklasse ergänzt. Neben linearen Reglern werden auch nichtlineare flachheitsbasierte Folgeregler entworfen, welche eine gewünschte, exakt lineare Fehlerdynamik sicherstellen. Die Implementierung der resultierenden Zustandsrückführungen und Störgrößenaufschaltungen erfordert die Bestimmung eines Störbeobachters. Dabei werden sowohl Randgrößen als auch alternativ die Position der Phasengrenze als Messungen verwendet. Hierfür erfolgt im Projekt der Beobachterentwurf für verteilt-parametrische Systeme mit zeitveränderlichem 1d-Ortsbereich unter Verwendung der Backstepping-Methodik. Für viele Anwendungen, wie z.B. bei Kristallzüchtungsprozessen, ist die gezielte Vorgabe der Form und des zeitlichen Verlaufs einer 2d-Beschreibung der Phasengrenze von grundlegender Bedeutung. Bisher wurde diese Problemstellung jedoch noch nicht regelungstechnisch behandelt. Deshalb werden die Ergebnisse zu 1d-Zweiphasenproblemen im zweiten Abschnitt des Projekts auf den 2d-Fall verallgemeinert. Dies erfordert eine detaillierte Flachheitsanalyse des 2d-Zweiphasenproblems, um eine flachheitsbasierte Steuerung ableiten zu können. Damit ist es möglich, nicht nur den zeitlichen Verlauf, sondern auch die Form der Phasengrenze festzulegen. Davon ausgehend erfolgt der Entwurf eines Backstepping-Reglers zur Stabilisierung der Folgefehlerdynamik mit einem zeitveränderlichen 2d-Ortsbereich. Um die Folgeregelung basierend auf Randmessungen realisieren zu können, werden diese Zustandsrückführungen durch einen 2d-Folgebeobachter ergänzt. Besondere Bedeutung im Forschungsvorhaben besitzt die begleitende praktische Erprobung der neu entwickelten Methoden, um so deren Praxistauglichkeit zu verifizieren. Dazu erfolgt der Aufbau eines Paraffin-Versuchsstands, mit dem sich sowohl 1d- als auch 2d-Zweiphasenprobleme experimentell untersuchen lassen.
DFG-Verfahren Sachbeihilfen
 
 

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