Flachheitsbasierte Trajektorienfolgeregelung von Flachwasserwellen in einer Röhre mit bewegtem Kolben
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Jens Wurm
Jens Wurm ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Autimatisierungs- und Regelungstechnik an der UMIT TIROL in Hall in Tirol. Hauptarbeitsgebiete: Modellierung, Regelung- und Beobachterentwurf von nichtlinearen katalytischen Systemen, nichtlineare unendlichdimensionale Systeme.
and
Frank Woittennek
Frank Woittennek leitet das Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik an der UMIT in Hall in Tirol. Hauptarbeitsgebiete: Regelungs- und Beobachterentwurf für lineare und nichtlineare endlich- und unendlichdimensionale Systeme, Modellierung, Regelung und Simulation und Zustandsrekonstruktion für mechatronische, energietechnische und verfahrenstechnische Systeme.
Zusammenfassung
Der Beitrag behandelt die Folgeregelung von Flachwasserwellen in einer partiell gefüllten Röhre, in der der Flüssigkeitspegel durch einen beweglichen Kolben variiert werden kann. Zur Beschreibung der Flachwasserwellen werden die Saint-Venant-Gleichungen in Euler-Koordinaten verwendet, ein quasilineares hyperbolisches Differentialgleichungssystem zweiter Ordnung. Der Beitrag fasst bereits in Vorarbeiten erzielte Ergebnisse zur Flachheit und zum darauf basierenden Steuerungsentwurf zusammen und erweitert diese Resultate um eine einfache auf den linearisierten Modellgleichungen beruhende flachheitsbasierten Folgeregelung. Die Leistungsfähigkeit der entworfene Folgeregelung wird anhand von Simulationen und experimentellen Studien nachgewiesen.
Abstract
Tracking control of shallow water waves in a tube is considered. The fluid level within the tube is influenced by changing the active length of the tube by means of a moving piston. The water waves are described by the Saint-Venant equations, a quasilinear hyperbolic system of partial differential equations. Previously obtained results concerning the flatness of the model equations and the flatness-based open-loop control design are recapped and extended by a simple flatness based tracking controller. The latter is based on a partially linearized model of the system. The efficiency of the proposed approach is shown in simulations and experimental studies.
Über die Autoren
Jens Wurm ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Autimatisierungs- und Regelungstechnik an der UMIT TIROL in Hall in Tirol. Hauptarbeitsgebiete: Modellierung, Regelung- und Beobachterentwurf von nichtlinearen katalytischen Systemen, nichtlineare unendlichdimensionale Systeme.
Frank Woittennek leitet das Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik an der UMIT in Hall in Tirol. Hauptarbeitsgebiete: Regelungs- und Beobachterentwurf für lineare und nichtlineare endlich- und unendlichdimensionale Systeme, Modellierung, Regelung und Simulation und Zustandsrekonstruktion für mechatronische, energietechnische und verfahrenstechnische Systeme.
Danksagung
Die Autoren möchten sich bei Luca Mayer bedanken, der im Rahmen seiner Masterarbeit die regelungstechnischen Grundlagen für diesen Beitrag untersuchte und den Versuchsstand derart erweitert hat, um verschiedene Regelalgorithmen testen zu können.
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