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Regelung und Identifikation aktiver mechanischer Strukturen mit adaptiven digitalen Filtern

Mayer, Dirk (2003)
Regelung und Identifikation aktiver mechanischer Strukturen mit adaptiven digitalen Filtern.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Mechanische Leichtbaustrukturen besitzen eine hohe Anfälligkeit gegenüber Vibrationen, die zu störender Schallabstrahlung oder Schädigungen von Bauteilen führen können. Zur Lösung dieses Problems stellt die aktive Schwingungskompensation mit Hilfe adaptiver digitaler Regler ein leistungsfähiges Konzept dar. Diese Arbeit hat das Ziel, entsprechende Algorithmen für diese Aufgabe anzupassen und zu erweitern. Ihre praktische Anwendbarkeit wird untersucht, wobei auch Kriterien wie Robustheit, Stabilität und Rechenaufwand betrachtet werden. Da das Problem der Reglerentwicklung eng mit dem der Systemidentifikation verknüpft ist, werden beide gemeinsam behandelt. Zunächst wird ein geeignetes Modell einer aktiven Struktur unter Einbeziehung von Aktoren, Sensoren und Störgrößen ermittelt, und die Eigenschaften notwendiger Komponenten des Regelsystems wie Filter und Verstärker werden diskutiert. Darauf aufbauend werden verschiedene Konzepte zur adaptiven Schwingungskompensation vorgestellt, wobei Steuerungen mit Störgrößenaufschaltung und Regelungen, die die Störgröße schätzen, berücksichtigt werden. Weiterhin werden modale Regelungskonzepte diskutiert. Sie erlauben die separate Regelung einzelner Freiheitsgrade der aktiven Struktur und verringern die Rechenleistung eines adaptiven Regelkonzepts deutlich. Zur Identifikation mit adaptiven digitalen Filtern werden neben den transversalen und rekursiven Filtern auch orthonormale Filterbänke untersucht, die eine Einbindung von Vorwissen über die Eigenschaften der Struktur ermöglichen. In numerischen Berechnungen und Simulationen wird die Eignung solcher Filter zur Identifikation aktiver Struktursysteme untersucht und mit anderen Filterstrukturen verglichen. Auf Basis der untersuchten Algorithmen werden adaptive Filtersysteme zur Systemidentifikation und Schwingungsreduktion für zwei verschiedene Versuche implementiert. Zum einen wird die Schwingungsentkopplung mit Hilfe eines aktiven Interfaces untersucht, zum anderen die Schwingungsreduktion an einer aktiven Plattenstruktur. Im Versuch werden verschiedene Systeme verglichen und hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit überprüft.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2003
Autor(en): Mayer, Dirk
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Regelung und Identifikation aktiver mechanischer Strukturen mit adaptiven digitalen Filtern
Sprache: Deutsch
Referenten: Hanselka, Prof. Dr.- Holger ; Nordmann, Prof. Dr.- Rainer ; Palis, Prof. Dr.- Frank
Berater: Hanselka, Prof.Dr.-I H.
Publikationsjahr: 8 Dezember 2003
Ort: Darmstadt
Verlag: Technische Universität
Datum der mündlichen Prüfung: 15 Juli 2003
URL / URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-3847
Kurzbeschreibung (Abstract):

Mechanische Leichtbaustrukturen besitzen eine hohe Anfälligkeit gegenüber Vibrationen, die zu störender Schallabstrahlung oder Schädigungen von Bauteilen führen können. Zur Lösung dieses Problems stellt die aktive Schwingungskompensation mit Hilfe adaptiver digitaler Regler ein leistungsfähiges Konzept dar. Diese Arbeit hat das Ziel, entsprechende Algorithmen für diese Aufgabe anzupassen und zu erweitern. Ihre praktische Anwendbarkeit wird untersucht, wobei auch Kriterien wie Robustheit, Stabilität und Rechenaufwand betrachtet werden. Da das Problem der Reglerentwicklung eng mit dem der Systemidentifikation verknüpft ist, werden beide gemeinsam behandelt. Zunächst wird ein geeignetes Modell einer aktiven Struktur unter Einbeziehung von Aktoren, Sensoren und Störgrößen ermittelt, und die Eigenschaften notwendiger Komponenten des Regelsystems wie Filter und Verstärker werden diskutiert. Darauf aufbauend werden verschiedene Konzepte zur adaptiven Schwingungskompensation vorgestellt, wobei Steuerungen mit Störgrößenaufschaltung und Regelungen, die die Störgröße schätzen, berücksichtigt werden. Weiterhin werden modale Regelungskonzepte diskutiert. Sie erlauben die separate Regelung einzelner Freiheitsgrade der aktiven Struktur und verringern die Rechenleistung eines adaptiven Regelkonzepts deutlich. Zur Identifikation mit adaptiven digitalen Filtern werden neben den transversalen und rekursiven Filtern auch orthonormale Filterbänke untersucht, die eine Einbindung von Vorwissen über die Eigenschaften der Struktur ermöglichen. In numerischen Berechnungen und Simulationen wird die Eignung solcher Filter zur Identifikation aktiver Struktursysteme untersucht und mit anderen Filterstrukturen verglichen. Auf Basis der untersuchten Algorithmen werden adaptive Filtersysteme zur Systemidentifikation und Schwingungsreduktion für zwei verschiedene Versuche implementiert. Zum einen wird die Schwingungsentkopplung mit Hilfe eines aktiven Interfaces untersucht, zum anderen die Schwingungsreduktion an einer aktiven Plattenstruktur. Im Versuch werden verschiedene Systeme verglichen und hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit überprüft.
Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Mechanical lightweight structures often tend to vibrations, resulting in damages or the radiation of noise. A solution to this problem is given by active vibration control implemented with adaptive digital filters. The scope of this work is to enhance and accomodate the capabilities of adaptive algorithms for this task. The implementation in practical applications is investigated regarding especially the topics of robustness, stability and computational effort. As controller design is closely related to the topic of system identification, both will be considered in this work. In the first step a model of an active mechanical system including actuators, sensors and disturbance sources is described and the influence of electrical devices like amplifiers and analogue filters is discussed. Based on this, concepts for feedforward active vibration control are described including the usage measured as well as estimated reference signals. Modal control concepts are discussed, which allow separate control of the mechanical degrees of a structure. They can significantly reduce the computational effort of an adaptive control system. The problem of identification with adaptive digital filters is treated regarding transversal and recursive filters as well as orthonormal filter banks which allow the usage of a priori knowledge about the active system. With the help of numerical calculations and simulations the properties of these filter banks are investigated and compared to other filter structures. Finally, the adaptive algorithms are implemented in two different experiments. Firstly, the decoupling of mechanical systems with an active interface, secondly active vibration control of an active plate is examined. Different concepts including both single channel and multiple channel systems for identification and adaptive vibration control are compared.

Englisch
Freie Schlagworte: Adaptronics, Mechatronics, Smart Structures, Adaptive Control, Kautz Filter
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik (SAM)
Hinterlegungsdatum: 17 Okt 2008 09:21
Letzte Änderung: 26 Aug 2018 21:24
PPN:
Referenten: Hanselka, Prof. Dr.- Holger ; Nordmann, Prof. Dr.- Rainer ; Palis, Prof. Dr.- Frank
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 15 Juli 2003
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