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Entwurf einer MIMO-Regelung für eine Druck- und Temperaturgeregelte Prüfkammer

Asmus, Albert :
Entwurf einer MIMO-Regelung für eine Druck- und Temperaturgeregelte Prüfkammer.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG MuST
[Bachelorarbeit], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

In der vorliegenden Arbeit wird eine Temperatur- und Druckregelung für eine Prüfkammer entworfen und charakterisiert. Die Prüfkammer ist mit zwei Peltierelementen und zwei Ventilen ausgestattet, um zu testende Sensoren temperieren und mit Druck beaufschlagen zu können. Um den Druck zu regeln wird über die Ventile Luft in die Kammer zu- bzw. abgeführt, gleichzeitig führt dieser Lufttransport zur Temperierung der Prüfkammer, indem ein Peltierelement die zugeführte Luft heizt bzw. kühlt. Das andere Peltierelement temperiert direkt die Kammerwand von außen. Der Schwerpunkt der Arbeit teilt sich auf zwei Gebiete. Zum einen wird ein mathematisches Modell der Prüfkammer aufgestellt, um auf das Zustandsraummodell zu schließen und zum anderen wird eine Zustandsregelung mit einem Beobachter für den Druck im Inneren der Kammer entworfen und charakterisiert. Mit der thermisch-elektrischen Analogie wird ein thermisches Netzwerk aufgestellt. Dazu werden Berechnungen zur Temperaturänderung und der Abhängigkeit zwischen dem Druck und der Temperatur durchgeführt. Auf dieser Grundlage wird ein Zustandsregler in der Matlab-Simulink Umgebung mit der Eigenwertplatzierung entworfen und charakterisiert. Zusätzlich wird das System auf Stabilität, Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit geprüft. Die Berechnungen zeigen, dass eine starke Verkopplung zwischen dem Druck und der Temperatur im Inneren der Kammer herrscht und somit für den Reglerentwurf entscheidend ist. Die Parameter werden deshalb so gewählt, dass ein starkes Schwingen und Überschwingen der Stell- und Regelgrößen vermieden wird und eine hohe stationäre Genauigkeit gewährleistet ist. Die Charakterisierung zeigt, dass der Anstieg der Temperatur mit 3 K/min erfolgt und dabei eine stationäre Genauigkeit von 0,1 K besitzt. Die Druckänderungsgeschwindigkeit geschieht mit 7 kPa/s und erreicht eine stationäre Genauigkeit von 0,12 %.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2015
Autor(en): Asmus, Albert
Titel: Entwurf einer MIMO-Regelung für eine Druck- und Temperaturgeregelte Prüfkammer
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

In der vorliegenden Arbeit wird eine Temperatur- und Druckregelung für eine Prüfkammer entworfen und charakterisiert. Die Prüfkammer ist mit zwei Peltierelementen und zwei Ventilen ausgestattet, um zu testende Sensoren temperieren und mit Druck beaufschlagen zu können. Um den Druck zu regeln wird über die Ventile Luft in die Kammer zu- bzw. abgeführt, gleichzeitig führt dieser Lufttransport zur Temperierung der Prüfkammer, indem ein Peltierelement die zugeführte Luft heizt bzw. kühlt. Das andere Peltierelement temperiert direkt die Kammerwand von außen. Der Schwerpunkt der Arbeit teilt sich auf zwei Gebiete. Zum einen wird ein mathematisches Modell der Prüfkammer aufgestellt, um auf das Zustandsraummodell zu schließen und zum anderen wird eine Zustandsregelung mit einem Beobachter für den Druck im Inneren der Kammer entworfen und charakterisiert. Mit der thermisch-elektrischen Analogie wird ein thermisches Netzwerk aufgestellt. Dazu werden Berechnungen zur Temperaturänderung und der Abhängigkeit zwischen dem Druck und der Temperatur durchgeführt. Auf dieser Grundlage wird ein Zustandsregler in der Matlab-Simulink Umgebung mit der Eigenwertplatzierung entworfen und charakterisiert. Zusätzlich wird das System auf Stabilität, Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit geprüft. Die Berechnungen zeigen, dass eine starke Verkopplung zwischen dem Druck und der Temperatur im Inneren der Kammer herrscht und somit für den Reglerentwurf entscheidend ist. Die Parameter werden deshalb so gewählt, dass ein starkes Schwingen und Überschwingen der Stell- und Regelgrößen vermieden wird und eine hohe stationäre Genauigkeit gewährleistet ist. Die Charakterisierung zeigt, dass der Anstieg der Temperatur mit 3 K/min erfolgt und dabei eine stationäre Genauigkeit von 0,1 K besitzt. Die Druckänderungsgeschwindigkeit geschieht mit 7 kPa/s und erreicht eine stationäre Genauigkeit von 0,12 %.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Druckregelung Temperaturregelung Temperierung mit Peltier Element Elektrisches Ersatzschaltbild thermischer Systeme Thermisches Ersatzschaltbil MIMO-Regelung Zustandsraum Zustandsregelung
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 01 Dez 2015 13:40
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1899

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 09-03-2015

Ende Datum: 10-08-2015

ID-Nummer: 17/24 EMKB1899
Gutachter / Prüfer: Werthschützky, Prof. Roland
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