Industrie-Seminar

Regelungstechnische Fragestellungen am Beispiel des Bosch eBike System

Dipl.-Ing. Philipp Kohlrausch, Robert Bosch GmbH
29.01.2024, 12:15 Uhr, Besprechungsraum 0.09, Gebäude A5 1

Elektrisch unterstützte Fahrräder erleben in den letzten Jahren einen großen Boom in Europa. Sie bilden einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Mobilität und sind sehr beliebt für
Freizeitaktivitäten. Im Vortrag wird das Bosch eBike System mit seinen Komponenten vorgestellt. Dabei wird auf die Systemarchitektur und das Zusammenspiel der Komponenten
eingegangen. Des Weiteren werden zwei regelungstechnische Fragestellungen untersucht: Zum einen die Umsetzung des Fahrerwunsches durch die Regelung des Drehmoments einer
Synchronmaschine, zum anderen die Schätzung des Ladezustands einer Lithium-Ionen-Batterie. Ein Ausblick zur Weiterentwicklung der Systeme durch Konnektivität und Vernetzung
schließt den Vortrag ab.

Regelungstechnik und Mechatronik: Aufgaben und Lösungen aus der Industrie

Der Lehrstuhl für Systemtheorie und Regelungstechnik veranstaltet eine Vortragsreihe mit dem Titel "Regelungstechnik und Mechatronik: Aufgaben und Lösungen aus der Industrie". Darin stellen Vertreter der Industrie interessante Problemstellungen und Lösungsansätze vor.

Alle Interessenten sind herzlich eingeladen.

Model-based Systems Engineering: From components to mechatronic system design

Dipl.-Ing. Oscar Sarmiento, Continental AG
10.11.2016, 14:00 Uhr, Konferenzraum 1.17, Gebäude C7 4

As technology becomes more complex, models are crucial to ensure a full understanding of information and ideas as they are transferred between engineers. Model-based Systems Engineering (MbSE) emphasizes the application of precise visual modeling principles and best practices throughout the Product Development Cycle (PDC).

MbSE is comprised of a variety of different elements such as requirements analysis, functional analysis and allocation; parameters and noise factors; verification and validation plan; performance analysis and trade studies; and system architecture specification.

The MbSE process aims to improve product development and quality by using architecture frameworks to gain confidence and transparency in achieving product goal and objectives. The MbSE process emphasizes a systemarchitecture model as the primary work artifact throughout the PDC.

In this talk it is explored how the MBSE framework can be applied to the development and optimization of mechatronic systems. By applying Functional Mockup Interfaces (FMI), a multi-domain simulation platform for electromagnetic, magneto-mechanical and mechanic-hydraulic simulation was developed. This platform allows the communication and coupling of cross-disciplinary dynamic models.

In this fashion, the interaction between physical domains is analyzed at several abstraction levels to determine key parameter sets. This tool serves as a platform to conduct parameter sensitivity analysis and main interaction analysis. The knowledgebase derived from the parameter analysis serves as a primary source for local parameter optimization process.

Qualitäts- und Effizienzsteigerung durch den Einsatz moderner Mess- und Regelungskonzepte im Walzwerk

Dr.-techn. Thomas Kiefer, AG der Dillinger Hüttenwerke
07.07.2015, 15:30 Uhr, Konferenzraum 1.17, Gebäude C7 4

Beim Walzen von Grobblechen wird nach dem Erwärmen der Brammen die Dicke des Walzgutes unter Zunahme von Länge und Breite bis auf die gewünschte Enddicke reduziert. Die Umformung findet dabei bei Temperaturen zwischen 700°C und  1200°C statt, die Walzkräfte betragen bis zu 100 MN und die Antriebsmotoren der Walzen besitzen eine Nennleistung von mehreren MW. Durch die steigenden Ansprüche an die metallurgischen Eigenschaften, die Produktqualität, die Produktivität der Anlagen sowie durch die Forderungen geringer CO2-Emissionen ist der Einsatz moderner Messanlagen und Regelungskonzepte unumgänglich.

In der klassischen Automatisierungs- und Regelungstechnik stellt die Messung der zu regelnden Größen die Grundlage für die Entwicklung der Algorithmen dar. Daher liegen die Anforderungen beim Einsatz moderner Messtechnik in der hohen Genauigkeit und der Reproduzierbarkeit der Messergebnisse bei häufig schwieriger Messumgebung (z. B. Hitze, Dampf, Verschmutzung). Beispiele hierfür sind die optischen Messungen der Blechebenheit oder aber der Blechkontur mit den zugehörigen Auswertealgorithmen, so dass die Daten in der Regelung wieder eingesetzt werden können.

In vielen Situationen ist allerdings der Einsatz von Messtechnik überhaupt nicht möglich. In diesem Fall haben sich insbesondere modellbasierte Regelungskonzepte als besonders vorteilhaft erwiesen. Als Basis des Reglerentwurfs muss hier ein genaues physikalisches Modell der Regelstrecke entwickelt werden, mit welchem zunächst eine Systemanalyse ermöglicht wird, um anschließend genau angepasste Regelungsstrategien zu entwickeln. Hiermit ist es möglich, die Produktqualität einerseits aber auch die Effizienz der Produktionsanlagen erheblich zu steigern. Hierzu werden einige Beispiel gezeigt, u.a. ein modernes Regelungskonzept für die energieoptimale Erwärmung der Brammen in den Stoßöfen der Dillinger Hütte oder aber Konzepte zur Verbesserung der Blechdicke und -kontur an den Walzgerüsten.

Regelungstechnische Herausforderungen in Inselnetzen mit sehr hohem Anteil erneuerbarer Erzeugung

Dr.-Ing. Carsten Reincke-Collon, Younicos AG, Berlin
23.07.2012, 14 Uhr, Konferenzraum 1.17, Gebäude C7 4

Bei der Integration erneuerbarer Energien in ein bestehendes elektrisches Energieversorgungsnetz werden bei der Prüfung der Netzanschlussbedingungen Obergrenzen für die Leistungseinspeisung bestimmt, um die Netzstabilität nicht zu gefährden. Diese Grenzen für die lokale Einspeisung ergeben sich u.a. aus der Antwort auf die Frage, bis wann die Annahme eines "steifen Netzes", d.h., eines Netzes, das auf lokale Leistungsänderungen am betrachteten Anschlusspunkt nur mit "kleinen" Spannungs- und Frequenzänderungen reagiert, gültig ist. Während diese Annahme für große Netze mit relativ wenig installierter erneuerbarer Einspeisung unstrittig ist, führt die volatile Natur der erneuerbaren Quellen dazu, dass ein weiterer Ausbau erneuerbarer Erzeuger bestehende lokale Teilnetze vor Stabilitätsprobleme stellen kann. Ein möglicher Ausweg ist die Verwendung von Speichern zur teilweisen Entkoppelung der volatilen Erzeugung von der Netzeinspeisung.

Wird darüber hinaus das Ziel verfolgt, zukünftig eine Versorgung vollständig auf der Basis erneuerbarer Energien zu erreichen, so wird ein Paradigmenwechsel von rotierenden Generatoren angetrieben von fossilen Energieträgern hin zu volatilen erneuerbaren Quellen in Kombination mit Speicherlösungen notwendig. Hieraus entstehen neue Herausforderungen, die sowohl die Regelung umrichterdominierter Netze als auch die Betriebsführung von Kraftwerksverbünden auf der Grundlage erneuerbarer Energien betreffen.

Auch wenn die drastische Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien und die damit einhergehenden Herausforderungen erst in der Zukunft in großen Verbundnetzen relevant werden, können die notwendigen Lösungen bereits heute für kleinere Inselnetze entwickelt und untersucht werden. Dies wird in diesem Vortrag am Beispiel der Azoren-Insel Graciosa dargestellt. Zudem wird herausgestellt, dass für die Lösung der gestellten Aufgabe zahlreiche auch aus regelungstechnischer Sicht interessante Fragestellungen zu bearbeiten sind.

System- und Software-Engineering in der Entwicklung von Kraftfahrzeugsystemen

Dr.-Ing. Ralf Rothfuß, Robert Bosch GmbH
01.02.2012, 14 Uhr, Konferenzraum 1.17, Gebäude C7 4

Aufgrund des zunehmenden Kosten- und Innovationsdrucks in der Automobilbranche kommt der Methodik bei System- und Software-Entwicklung mechatronischer Systeme im Kraftfahrzeug eine zunehmend wichtige Bedeutung bei der Produktentwicklung zu. Modellbasierte Ansätze in Verbindung mit modernen Methoden des Software-Engineering erlauben eine kosten- und performanceorientierte Optimierung des Gesamtsystems inkl. früher Validierung von Designalternativen. Der Vortrag zeigt einen Ansatz für einen durchgängigen modellbasierten Ansatz am Beispiel des Entwurfs eines ESP-Systems (Elektronisches Stabilitäts-Programm) auf. 

Prozessführungsmethoden für Semibatch-Prozesse

Dr.-Ing. Axel Schild, BASF SE Ludwigshafen
25.01.2012, 14 Uhr, Konferenzraum 1.17, Gebäude C7 4

Industrielle Semibatch-Reaktoren werden konventionell mit entkoppelten einschleifigen oder kaskadierten PI-Regelkreisen instrumentiert und betrieben. Klassischer Weise erfolgt die Dosierung der Edukte entlang fest vorgegebener Rezeptkurven. Der exotherme Umsatz von Edukten zu Produkten generiert Reaktionswärme, die über ein Kühlsystem abgeführt werden muss. Durch die Anpassung dieser Wärmeabfuhr ist eine zielgerichtete Regulierung der Reaktionstemperatur möglich. Aufgrund signifikanter Störungen und Prozessvariationen ist der Betriebspunkt einer Mehrproduktanlage konservativ ausgelegt. Es wird oft eine hinreichend große Stellreserve im Kühlsystem vorgehalten, um die Sättigung der Stellgrößen und damit ein Wegdriften der Reaktortemperatur für alle möglichen Betriebszustände zu verhindern. Der Vortrag gibt einen Überblick über moderne Prozessführungskonzepte, nämlich flachheitsbasierte Zwei-Freiheitsgrad-Regelungen und modellprädiktive Regelungen, die die Kapazitätsauslastung von Semibatch-Reaktoren in der chemischen Industrie signifikant verbessern. Nach einer kurzen Einführung in die Theorie wird die industrielle Anwendung dieser Methoden illustriert.