Detaillierte Abschlussarbeiten

Detaillierte
Abschlussarbeiten
Themenkomplex: Zweimassenschwinger
Masterarbeit: Entwicklung und Implementierung eines Störgröÿenbeobachters
Bachelor-/Masterarbeit: Entwicklung von adaptiven Regelungskonzepten
Bachelor-/Masterarbeit: Aufbau einer übergeordneten Steuerungs- und
Regelungsarchitektur
Themenkomplex: Inverses Pendel
Bachelor-/Masterarbeit: Aufbau und Regelung eines Doppelpendels
Bachelor-/Masterarbeit: Aufbau und Regelung einer Verladebrücke
Bachelor-/Masterarbeit: Entwurf einer nichtlinearen Regelung für ein inverses Pendel
Bachelor-/Masterarbeit: Einuss eines realen Stellgliedes auf das Regelverhalten
Themenkomplex: Versuchsfahrrad
Bachelorarbeit: Ausstattung eines Versuchsfahrrades mit Sensorik und Aktorik
Themenkomplex: Füllstandsregelung
Bachelorarbeit: Neubau des Versuchsstandes Füllstandsregelung
Bachelor-/Masterarbeit: Entwicklung von verschiedenen Regelungskonzepten am
Versuchsstand Füllstandsregelung
Themenkomplex: LEGO Mindstorms
Bachelor-/Masterarbeit: Entwicklung eines autonom fahrenden LEGO Motorrades
Bachelorarbeit: Überarbeitung des Praktikumsversuchs Gleichstrommotor
Themenkomplex: Laborausstattung
Masterarbeit: Entwicklung Versuchsaufbau Schwebende Kugel
Interesse geweckt?
•
Der beschriebene Themenkomplex (oder ein Teil davon) interessiert Sie?
•
Sie möchten Ihr Studium mit einer interessanten und anspruchsvollen wissenschaftlichen Arbeit beenden?
•
Dann kommen Sie einfach vorbei und wir diskutieren die Schwerpunkte, die Sie
besonders interessieren.
Ralph Schneider, Tel: 0941 943 5166, Raum B 022
1
Masterarbeit:
Entwicklung und Implementierung
eines Störgröÿenbeobachters
Themenkomplex: Zweimassenschwinger
Im Rahmen des Projekts ACES (Integrated Adaption of Linear Controllers in Embedded
Systems) wurde zum Testen von Identikations- und Regelungsalgorithmen ein Prüfstand
in Form eines Zweimassenschwingers entwickelt. Der Zweimassenschwinger dient als Modell eines Pkw-Antriebstranges, mit dessen Hilfe sich die Parameteränderungen über die
Lebensdauer eines Pkws nachbilden lassen. Der Prüfstand wird mit dem Rapid Control
Prototyping System MATLAB/Simulink und XPC-Target betrieben. Dies ermöglicht eine
Validierung der Algorithmen hinsichtlich ihrer Funktionalität und Performanz.
Aufgabenbeschreibung:
Derzeit sind zwei verschiedene Regler-Adaptionen am Prüfstand implementiert. Eine davon
basiert auf einer geregelten Adaption ohne Vergleichsmodell, was eine Parameteridentikation der Streckenparameter erfordert. Durch äuÿere Einüsse, die in den Modellgleichungen
nicht berücksichtigt sind, wird die Performanz des Reglers und die Systemidentikation
negativ beeinusst. Diese nicht messbaren Störgröÿen sollen durch einen Störgröÿenbobachter rekonstruiert werden, um deren Einuss auf das System zu kompensieren.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche zu Störgröÿenbeobachtern
•
Beschreibung der möglichen Störgröÿen am Prüfstand
•
Analyse im Hinblick auf die Realisierbarkeit eines Störgröÿenbeobachters bei veränderlichen mechanischen Parametern des Zweimassenschwingers
•
Implementierung des Störgröÿenbeobachters in die modulare Entwicklungsumgebung
des Prüfstandes
•
Validierung des Störgröÿenbobachters in Simulation und am Prüfstand
Interesse geweckt?
•
Der beschriebene Themenkomplex (oder ein Teil davon) interessiert Sie?
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2
Bachelor-/Masterarbeit:
Entwicklung von adaptiven
Regelungskonzepten
Themenkomplex: Zweimassenschwinger
Im Rahmen des Projekts ACES (Integrated Adaption of Linear Controllers in Embedded
Systems) wurde zum Testen von Identikations- und Regelungsalgorithmen ein Prüfstand
in Form eines Zweimassenschwingers entwickelt. Der Zweimassenschwinger dient als Modell eines Pkw-Antriebstranges, mit dessen Hilfe sich die Parameteränderungen über die
Lebensdauer eines Pkws nachbilden lassen. Der Prüfstand wird mit dem Rapid Control
Prototyping System MATLAB/Simulink und XPC-Target betrieben. Dies ermöglicht eine
Validierung der Algorithmen hinsichtlich ihrer Funktionalität und Performanz.
Aufgabenbeschreibung:
Derzeit sind zwei verschiedene Regler-Adaptionen am Prüfstand implementiert. Eine basiert auf einer geregelten Adaption ohne Vergleichsmodell, die andere auf dem Prinzip der
geregelten Adaption mit Vergleichsmodell. Ziel der Arbeit ist es, weitere Adaptionsalgorithmen für den Zweimassenschwinger zu entwerfen und am Prüfstand zu validieren.
Hierzu sind folgende Aufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche zum Thema adaptive Regelung
•
Entwicklung und Simulation der adaptiven Regelung mit MATLAB/Simulink
•
Validierung des Verfahrens, insbesondere in Hinblick auf Robustheit und Güteforderung
•
Inbetriebnahme und Validierung des Algorithmus am realen Prüfstand mit Hilfe
eines RCP-Systems
Interesse geweckt?
•
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•
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3
Bachelor-/Masterarbeit:
Aufbau einer übergeordneten
Steuerungs- und Regelungsarchitektur
Themenkomplex: Zweimassenschwinger
Im Rahmen des Projekts ACES (Integrated Adaption of Linear Controllers in Embedded
Systems) wurde zum Testen von Identikations- und Regelungsalgorithmen ein Prüfstand
in Form eines Zweimassenschwingers entwickelt. Der Zweimassenschwinger dient als Modell eines Pkw-Antriebstranges, mit dessen Hilfe sich die Parameteränderungen über die
Lebensdauer eines Pkws nachbilden lassen. Der Prüfstand wird mit dem Rapid Control
Prototyping System MATLAB/Simulink und XPC-Target betrieben. Dies ermöglicht eine
Validierung der Algorithmen hinsichtlich ihrer Funktionalität und Performanz.
Aufgabenbeschreibung:
Derzeit sind zwei verschiedene Regler-Adaptionen am Prüfstand implementiert. Eine davon basiert auf einer geregelten Adaption ohne Vergleichsmodell, was eine Parameteridentikation der Streckenparameter erfordert. Ziel der Arbeit ist es, eine übergeordnete
Steuerungs- und Regelungsarchitektur zu entwerfen und zu implementieren. Diese Entscheidungskomponente soll bestimmen, wann der reguläre Betrieb verlassen wird und die
Streckenparameter neu bestimmt werden.
Hierzu sind folgende Aufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche zu adaptiver Regelung
•
Konzeptentwicklung
•
Implementierung der überlagerten Steuerungs- und Regelungsarchitektur in die modulare Entwicklungsumgebung des Prüfstandes
•
Validierung in Simulation und am Prüfstand
Interesse geweckt?
•
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4
Bachelor-/Masterarbeit:
Aufbau und Regelung eines
Doppelpendels
Themenkomplex: Inverses Pendel
Der Versuchsstand Inverses Pendel wurde als Demonstrations- und Experimentalobjekt
für Lehrveranstaltungen entwickelt. Das Inverse Pendel ist von technischer Bedeutung,
da zum Beispiel ein Segway vereinfacht als ein solches dargestellt werden kann. Der Versuchsstand wird mit dem Rapid Control Prototyping System MATLAB/Simulink und
XPC-Target betrieben. Hierdurch lassen sich die entwickelten Regelungsalgorithmen auf
ihre Funktionalität und Performanz hin testen und beurteilen.
Aufgabenbeschreibung:
Das Inverse Pendel soll zu einem Doppelpendel, mit zwei Freiheitsgraden, erweitert werden.
Dabei sollen beide Winkel messtechnisch erfasst werden. Das Doppelpendel sollte sich
auch als Inverses Pendel nutzen lassen. Anschlieÿend soll eine Regelung hierfür entwickelt
werden.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche zu Messgröÿenerfassung und Datenübertragung
•
Umbau der mechanischen Komponenten
•
Auswahl von geeigneter Sensorik zum Erfassen der Drehwinkel
•
Sicherstellen der Datenübertragung zum Echtzeitcomputer
•
Implementierung der Regelung in MATLAB/Simulink
•
Validierung der Regelung in Simulation und am Versuchsstand
Interesse geweckt?
•
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5
Bachelor-/Masterarbeit:
Aufbau und Regelung einer
Verladebrücke
Themenkomplex: Inverses Pendel
Der Versuchsstand Inverses Pendel wurde als Demonstrations- und Experimentalobjekt
für Lehrveranstaltungen entwickelt. Das Inverse Pendel ist von technischer Bedeutung,
da zum Beispiel ein Segway vereinfacht als ein solches dargestellt werden kann. Der Versuchsstand wird mit dem Rapid Control Prototyping System MATLAB/Simulink und
XPC-Target betrieben. Hierdurch lassen sich die entwickelten Regelungsalgorithmen auf
ihre Funktionalität und Performanz hin testen und beurteilen.
Aufgabenbeschreibung:
Das Inverse Pendel soll zu einer Verladebrücke erweitert werden. Der Aufbau auf der
Linearführung muss modular erfolgen, um ein Umbau zum Inversen Pendel zu ermöglichen.
Anschlieÿend soll eine Regelung mit Bahnplanung hierfür entwickelt werden.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Konzeptndung Verladebrücke
•
Konstruktion der Laufkatze und der Seilwinde
•
Implementierung der Regelung in MATLAB/Simulink
•
Validierung der Regelung in Simulation und am Versuchsstand
Interesse geweckt?
•
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6
Bachelor-/Masterarbeit:
Entwurf einer nichtlinearen Regelung
für ein inverses Pendel
Themenkomplex: Inverses Pendel
Der Versuchsstand Inverses Pendel wurde als Demonstrations- und Experimentalobjekt
für Lehrveranstaltungen entwickelt. Das Inverse Pendel ist von technischer Bedeutung,
da zum Beispiel ein Segway vereinfacht als ein solches dargestellt werden kann. Der Versuchsstand wird mit dem Rapid Control Prototyping System MATLAB/Simulink und
XPC-Target betrieben. Hierdurch lassen sich die entwickelten Regelungsalgorithmen auf
ihre Funktionalität und Performanz hin testen und beurteilen.
Aufgabenbeschreibung:
Bei einem inversen Pendel handelt es sich um ein nichtlineares System. Für dieses System
wurden schon verschiedene lineare Regler entwickelt. In dieser Arbeit soll der Einuss auf
die Regelgüte verschiedener nichtlinearer Regelungen untersucht werden und mit linearen
Regelungen verglichen werden.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche zu nichtlinearen Regelungen
•
Analyse im Hinblick auf die Realisierbarkeit verschiedener nichtlinearer Regelungen
•
Implementierung der Regelungen mit MATLAB/Simulink
•
Validierung der Regelungen in Simulation und am Versuchsstand
Interesse geweckt?
•
Der beschriebene Themenkomplex (oder ein Teil davon) interessiert Sie?
•
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7
Bachelor-/Masterarbeit:
Einuss eines realen Stellgliedes auf
das Regelverhalten
Themenkomplex: Inverses Pendel
Der Versuchsstand Inverses Pendel wurde als Demonstrations- und Experimentalobjekt
für Lehrveranstaltungen entwickelt. Das Inverse Pendel ist von technischer Bedeutung,
da zum Beispiel ein Segway vereinfacht als ein solches dargestellt werden kann. Der Versuchsstand wird mit dem Rapid Control Prototyping System MATLAB/Simulink und
XPC-Target betrieben. Hierdurch lassen sich die entwickelten Regelungsalgorithmen auf
ihre Funktionalität und Performanz hin testen und beurteilen.
Aufgabenbeschreibung:
Bei vielen Reglerentwürfen wird der Einuss des Stellgliedes auf die Regelgüte vernachlässigt. Ziel ist dieser Arbeit ist es, für die Regelung eines inversen Pendels den Einuss
des eingesetzten maxon Motorsteuergerätes zu untersuchen. Das Steuergerät steuert den
Gleichstrommotor, der die Lineareinheit des inversen Pendels verfährt. Es besitzt mehrere Betriebsarten die untersucht werden sollen. Ferner können verschiedene Parameter am
Steuergerät verändert werden, deren Wirkung auf die Regelgüte ebenfalls zu untersuchen
ist. Die Grundlage für die Untersuchungen bilden bereits bestehende Regelungskonzepte.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche zu Motorsteuergeräten
•
Einuss der Parameter des Motorsteuergerätes
•
Verschiedene Betriesarten und deren Regelgüte
•
Nachbilden des Steuergerätes mit MATLAB/Simulink
Interesse geweckt?
•
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8
Bachelorarbeit:
Ausstattung eines Versuchsfahrrades
mit Sensorik und Aktorik
Themenkomplex: Versuchsfahrrad
Beim Fahrradfahren handelt es sich um einen vom Fahrer geregelten dynamischen Prozess. Im Labor Regelungstechnik soll ein autonom fahrrendes Versuchsfahrrad entwickelt
werden. Ziel des Versuchsfahrrades ist es einen Vergleich zwischen einem rechnerbasierten
Regler mit Sensorik und Aktorik und dem Menschen als Regler, Sensor und Aktor zu
erhalten. Um ein deutlicheres Gefühl für die verschiedenen Einüsse auf das System zu
vermitteln, wurde ein Retro-direkt-Antrieb, welcher bei vorwärts und rückwärts treten jeweils nach vorne läuft, und eine inverse Lenkung in das Versuchsfahrrad bereits eingebaut.
Aufgabenbeschreibung:
Um autonomes Fahren zu ermöglichen, muss das Versuchsfahrrad mit Sensorik und Aktorik ausgestattet werden. Zur Implementierung der Regelung muss ein Mikrocontroller
verbaut werden, welcher die Sensorsignale auslesen und die Motoren ansteuern kann. Alle
elektrischen Bauteile sollten gegen Spritzwasser geschützt werden, um das Fahrrad bei ungünstigen Witterungsbedingungen benutzen zu können. Weiterhin sollten die Sensordaten
über eine Funkverbindung an einen Computer übertragen werden.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche über die benötigte Sensorik und Aktorik
•
Zusammenstellen der benötigten Sensoren, Aktoren sowie der Energieversorgung
•
Auswahl eines geeigneten Mikrocontrollers
•
Montieren der Komponenten an das Versuchsfahrrad
Interesse geweckt?
•
Der beschriebene Themenkomplex (oder ein Teil davon) interessiert Sie?
•
Sie möchten Ihr Studium mit einer interessanten und anspruchsvollen wissenschaftlichen Arbeit beenden?
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9
Bachelorarbeit:
Neubau des Versuchsstandes
Füllstandsregelung
Themenkomplex: Füllstandsregelung
Füllstandsregelungen haben in der Verfahrenstechnik eine hohe Bedeutung. Daher ist der
Versuch Füllstandsregelung Teil des Praktikums Regelungstechnik. Ziel des Praktikums
ist es dem Teilnehmer den kompletten Prozess der Reglerentwicklung, von der Modellbeschreibung bis zur Implementierung des Reglers, an einem anschaulichen Beispiel näher
zu bringen.
Aufgabenbeschreibung:
Der derzeitige Versuchsstand ist als Gesamtpaket gekauft worden hierdurch lassen sich
nur eingeschränkte Änderungen am System durchführen. Ziel der Arbeit soll es sein einen
Versuchsstand Zweitank-System zu erstellen. Bei dem Versuchsstand sollten beide Füllstände gemessen werden und der Zu- und Abuss einstellbar sein. Auÿerdem sollte der
Versuchstand mit einem Mikrocontroller über MATALB/Simulink bedienbar sein und eine Visualisierung der Messgröÿen stattnden.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Konstruktion des Zwei-Tank-Systemes
•
Auswahl der benötigten Bauteile
•
Inbetriebnahme des Prüfstandes
•
Erstellen einer echtzeitfähigen graschen Anzeige und Bedienoberäche
•
Validieren der Regelung am Versuchsstand und Simulation
Interesse geweckt?
•
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10
Bachelor-/Masterarbeit:
Entwicklung von verschiedenen
Regelungskonzepten am
Versuchsstand Füllstandsregelung
Themenkomplex: Füllstandsregelung
Füllstandsregelungen haben in der Verfahrenstechnik eine hohe Bedeutung. Daher ist der
Versuch Füllstandsregelung Teil des Praktikums Regelungstechnik. Ziel des Praktikums
ist es dem Teilnehmer den kompletten Prozess der Reglerentwicklung, von der Modellbeschreibung bis zur Implementierung des Reglers, an einem anschaulichen Beispiel näher
zu bringen.
Aufgabenbeschreibung:
Derzeit erfolgt die Regelung der Füllstandshöhe mit einem PID-Regler, welcher lediglich
auf einen Arbeitspunkt eingestellt ist. Das Ziel der Arbeit sollte sein verschiedene Regelungsverfahren am Prüfstand zu implementieren und anschlieÿend zu vergleichen.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche zu nichtlinearen Regelungen
•
Bestimmung der Systemkenngröÿen des Zweitanksystems
•
Erstellen einer echtzeitfähigen graschen Anzeige und Bedienoberäche
•
Validieren der Regelung am Versuchsstand und Simulation
•
Vergleich der verschiedenen Regelungsverfahren
Interesse geweckt?
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11
Bachelor-/Masterarbeit:
Entwicklung eines autonom fahrenden
LEGO Motorrades
Themenkomplex: LEGO Mindstorms
LEGO Mindstorms stellt dem Labor Regelungstechnik ein Embedded System zur Verfügung, mit dessen Hilfe sich regelungstechnische Aufgaben, wie zum Beispiel Fahrzeuge
mit Abstandskontrolle, schnell nachbilden lassen. Durch den Einsatz von LEGO Technik
Bausteinen lassen sich schnell eine groÿe Anzahl von Modellen aufbauen. Durch die Hardware Unterstützung von MATLAB/Simulink und LabVIEW können die Mikrocontroller
grasch programmiert werden, wodurch deutliche Zeitersparnisse entstehen.
Aufgabenbeschreibung:
Da das im Labor Regelungstechnik vorhandene Versuchsfahrrad für Präsentationen nur
beschränkt einzusetzen ist, soll mit LEGO Mindstorms ein entsprechendes Motorrad nachgebaut werden. Mit Hilfe einer Bahnplanung sollen einfache geometrische Figuren mit verschiedenen Geschwindigkeiten abgefahren werden können. Über eine Funkverbindung zu
einem Computer soll eine echtzeitfähige Datenaufbereitung sichergestellt werden.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Auswahl der Sensorik und Aktorik
•
Konstruktion des Motorrades
•
Entwurf einer Bahnplanung
•
Entwicklung einer Regelung
•
Aufbau eines Simulationsmodelles
•
Erstellen einer echtzeitfähigen graschen Anzeige
•
Validierung der Regelung am Experimentalsystem und Simulation
Interesse geweckt?
•
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12
Bachelorarbeit:
Überarbeitung des
Praktikumsversuchs
Gleichstrommotor
Themenkomplex: LEGO Mindstorms
LEGO Mindstorms stellt dem Labor Regelungstechnik ein Embedded System zur Verfügung, mit dessen Hilfe sich regelungstechnische Aufgaben, wie zum Beispiel Fahrzeuge
mit Abstandskontrolle, schnell nachbilden lassen. Durch den Einsatz von LEGO Technik
Bausteinen lassen sich schnell eine groÿe Anzahl von Modellen aufbauen. Durch die Hardware Unterstützung von MATLAB/Simulink und LabVIEW können die Mikrocontroller
grasch programmiert werden, wodurch deutliche Zeitersparnisse entstehen.
Aufgabenbeschreibung:
Der derzeitige Praktikumsversuch besteht aus einem analogen PID-Regler, einem Schlitten
mit Wegmesssystem und Spindelantrieb, welcher über einen DC-Motor angetrieben wird.
Um jeden Praktikumteilnehmer zu ermöglichen die Versuche an einem eigenen Prüfstand
durchzuführen, soll der Versuchsaufbau mit einem LEGO Mindstorms Controller betrieben
werden.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Konzeptndung für das Experimentalsystem
•
Bestimmen der Systemkenngröÿen
•
Aufbau eines Prototypen
•
Entwickeln einer Regelung
•
Validieren der Regelung in Simulation und am Versuchsaufbau
Interesse geweckt?
•
Der beschriebene Themenkomplex (oder ein Teil davon) interessiert Sie?
•
Sie möchten Ihr Studium mit einer interessanten und anspruchsvollen wissenschaftlichen Arbeit beenden?
•
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13
Masterarbeit:
Entwicklung Versuchsaufbau
Schwebende Kugel
Themenkomplex: Laborausstattung
Um eine praxisnahe Ausbildung zu gewährleisten, wird die Lehrveranstaltung Regelungstechnik mit einem Praktikum ergänzt. Zu diesem Zweck ist das Labor mit mehreren Experimentalsystemen ausgestattet, welche als Versuchsstände und für Vorführungen genutzt
werden.
Aufgabenbeschreibung:
Der Versuchsaufbau Schwebende Kugel sollte so gestaltet sein, dass es sich um ein einfach
zu transportierendes System handelt, um es ihn Lehrveranstaltungen vorzeigen zu können.
Die Ansteuerung sollte über einen Mikrocontroller erfolgen.
Hierzu sind folgende Hauptaufgaben durchzuführen:
•
Literaturrecherche zu berührungslosen Wegmess- und Antriebssystemen
•
Konstruktion des Versuchsaufbaues
•
Auswahl der benötigten Bauteile
•
Inbetriebnahme des Prüfstandes
•
Erstellen einer echtzeitfähigen graschen Anzeige und Bedienoberäche
•
Entwickeln einer Regelung
•
Validieren der Regelung am Versuchsstand und Simulation
Interesse geweckt?
•
Der beschriebene Themenkomplex (oder ein Teil davon) interessiert Sie?
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