Volume 56, Issue 8 - 8

Wesentliche Ziele der Kranautomatisierung sind die Erhöhung der Effektivität und der Sicherheit bei Verladeprozessen. Hierzu werden modellbasierte Methoden zur Lastpendeldämpfung, Trajektoriengenerierung und Trajektorienfolgeregelung entwickelt. Der Beitrag stellt eine Kombination einer nichtlinearen, flachheitsbasierten Folgeregelung mit einer modell-prädiktiven Trajektoriengenerierung für die radiale Lastbewegung eines Drehkrans vor. Die Ergebnisse werden anhand von Experimenten an einem Hafenmobilkran der Firma LIEBHERR bewertet. The main objectives of crane automation are increasing the efficiency and safety of the transshipment processes. Therefore, model-based control strategies are applied for load sway reduction and trajectory generation and tracking. The paper presents a nonlinear flatness-based tracking control strategy combined with a model-predictive trajectory generation for the radial load movement of a boom crane. The results are validated by measurement results from a LIEBHERR harbor mobile crane.

In dem Beitrag wird ein Regelkonzept für die Beladung eines Schichtladespeichers zur Warmwasserversorgung vorgestellt. Die Beladung erfolgt über die dem Speicher vorgeschalteten Komponenten Wärmetauscher und Brenner des betrachteten Heizungssystems. Dem Reglerentwurf liegt ein dynamisches Modell zugrunde, das aus fünf partiellen Differentialgleichungen für Brenner und Wärmetauscher besteht. Für den modellbasierten Reglerentwurf wird ein modularisierter Ansatz verfolgt, bei dem Brenner und Wärmetauscher separat betrachtet werden. Für den Brenner wird auf Basis eines reduzierten, nichtlinearen Galerkin-Modells mit Hilfe der Ein-/Ausgangslinearisierung ein entsprechendes Regelgesetz hergeleitet. Die Trajektorienfolge für die Austrittstemperatur des Wärmetauschers wird durch eine Vorsteuerung mit unterlagerter PI-Regelung realisiert. Dabei wird die Vorsteuerung durch Inversion der transzendenten Übertragungsfunktion des linearen verteilt-parametrischen Modells des Wärmetauschers sowie mit Hilfe einer numerischen Laplace-Rücktransformation auf Basis des Weeks-Algorithmus berechnet. A control scheme for the loading of a stratified storage tank is presented. The loading is realized by means of a burner and a heat exchanger of the considered heating system. The control design is based on a dynamical model consisting of five partial differential equations for the burner and the heat exchanger. A modularized set-up of the control scheme is proposed, burner and heat exchanger are therefore considered separately. For the burner, a feedback control is designed by means of a reduced-order, nonlinear Galerkin model using input/output linearization. The output temperature of the heat exchanger is controlled by means of a feedforward and an underlying PI-control. The feedforward control is calculated by inverting the transcendent transfer function of the linear distributed parameter model of the heat exchanger and by using a numerical inverse Laplace transform based on the Weeks algorithm.

Der Beitrag beschäftigt sich mit der Dicken- und Ebenheitsregelung warmgewalzter Grobbleche. Nach einer kurzen Beschreibung der industriellen Anlage wird zunächst eine neue Regelungsstrategie zur Verbesserung der Dickenhomogenität über die Walztafellänge vorgestellt. Bei dieser modellbasierten Strategie werden Informationen aus vorhergehenden Stichen zusammen mit genauen mathematischen Modellen für den Umformvorgang genutzt, um im Rahmen einer Störgrößenaufschaltung die existierende Dickenregelung zu verbessern. Im Weiteren wird eine Ebenheitsregelung für die Blechenden entwickelt, wobei im Speziellen der sogenannte Skieffekt, welcher aufgrund von Asymmetrien beim Walzvorgang auftreten kann, behandelt wird. Das Regelungskonzept beruht dabei auf einem Modell für asymmetrisches Walzen, welches zusammen mit einer verbesserten Antriebsregelung zur Vermeidung dieser Skienden genutzt wird. This paper deals with the thickness and flatness control problem in heavy plate mills. After a short description of the industrial plant the first part of the paper is concerned with a new control strategy for the improvement of the thickness homogeneity over the plate length. This model-based concept takes into account valuable information from previous passes which, together with accurate mathematical models of the deformation process, can be used to calculate a disturbance feedforward as an add-on to the existing thickness controller. In the second part a control strategy for the flatness of the plate-ends is derived. In this context, the so-called ski-effect, which results from asymmetries during the rolling process, is investigated in more detail. Thereby, the control concept is based on a model for asymmetrical rolling, which in combination with an improved speed controller of the drive train is used to avoid the occurrence of such ski-ends.

Zur Untersuchung der Systemeigenschaft Beobachtbarkeit von verteilt-parametrischen Systemen wird zunächst eine geeignete Beschreibung für diese Klasse von Systemen im Rahmen der Differentialgeometrie eingeführt. Weiters wird dann insbesondere die Beobachtbarkeit von dynamischen Systemen entlang einer Trajektorie diskutiert, eine geometrische Veranschaulichung für diese Systemeigenschaft gegeben und eine systemtheoretische Analyse basierend auf Transformationsgruppen vorgestellt. Mit Hilfe eines infinitesimalen Invarianzkriteriums können (lokale) Bedingungen für die (Nicht-)Beobachtbarkeit gewonnen werden. Die Anwendung der vorgeschlagenen Methoden auf die Klasse der konzentriert-parametrischen Systeme zeigt, dass diese Kriterien in die bekannten übergehen. Die allgemeine Theorie wird durch ein Beispiel illustriert. In order to investigate the system property observability of distributed parameter systems, first a suitable description for this class of systems via a differential geometrical framework is introduced. In particular, the observability of dynamic systems along a trajectory is discussed, a geometrical illustration of this system property is provided and a system-theoretical analysis based on transformation groups is presented. Then, an infinitesimal invariance principle allows to derive (local) (non)observability conditions. In addition, lumped parameter systems are considered, where the criteria coincide with well known criteria. Finally, the general theory is illustrated by means of an example.

Proper orthogonal decomposition (POD) is a powerful technique for model reduction of nonlinear systems. It is based on a Galerkin type discretization with basis elements created from the nonlinear system itself. In this paper an identification problem arising in car vehicle acoustics is considered. To estimate the impedance from point-wise sound pressure values the identification problem is formulated in terms of an optimal control problem, which is solved by a globalized quasi-Newton method. For the efficient and fast numerical realization, a POD based model reduction is utilized. Proper Orthogonal Decomposition (POD) ist eine effiziente Methode zur Modellreduktion bei nichtlinearen Systemen. Das Verfahren basiert auf einer Galerkin-artigen Diskretisierung mit Basiselementen, die durch Lösungen des nichtlinearen Systems erzeugt werden. In diesem Beitrag wird die Impedanz aus punktweisen Messungen des Schalldruckes identifiziert. Um die Impedanz von punktweisen Schalldruck-Messwerten zu schätzen, wird das Problem als Optimalsteueraufgabe formuliert, welches mit einem gobalisierten Quasi-Newton-Verfahren gelöst wird. Für die effiziente und schnelle numerische Realisierung wird POD Modellreduktion eingesetzt.

In many situations where linear models need to be fitted to measured data, the requirement arises that the resulting model be stable and passive. One such application is model construction from S-parameter measurements. In this note we present an interpolation based method for the direct construction of stable and passive models from frequency response data. Bei der Entwicklung linearer Modelle auf der Basis von Messdaten besteht manchmal die Notwendigkeit, dass die Modelle stabile und passive Systeme beschreiben. Dies ist bei der Modellkonstruktion ausgehend von S-Parameter-Messungen der Fall. Es wird eine auf Interpolation beruhende Methode zur direkten Konstruktion stabiler und passiver Modelle auf der Basis von Frequenzbereichsdaten vorgestellt.