Der Automatisierungsgrad von Maschinen nimmt durch den vermehrten Einsatz mechatronischer Systeme weiter zu. Fehlererkennung und -Isolation sind wichtig, um ihren zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Diese Forschungsarbeit strebt nach einer integrierten Regelungs- und Fehlererkennungsstrategie mit einer minimalen Anzahl an Komponenten.

Piezomaterialien können durch die physikalische Kopplung zwischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften sowohl aktorisch als auch sensorisch eingesetzt werden. In dieser Arbeit werden Piezoaktoren, die hauptsächlich zur aktiven Schwingungsreduktion an flexiblen Rotoren zum Einsatz kommen, gleichzeitig auch als Sensoren verwendet. Diese selbstsensierenden piezoelektrischen Aktoren rekonstruieren ihre mechanischen Auslenkungen durch Messung der elektrischen Spannung und des Stroms. Die untersuchten Systeme sind Modelle eines Flugtriebwerkes und deren skalierte Ausführung im realen Prüfstand. Da die Aktoren am Rotorlager montiert sind, stellen die rekonstruierten Signale die Lagerauslenkung dar.

In dieser Forschungsarbeit werden diese Signale für die modellbasierte Diagnose der Rotoren eingesetzt. Amplitude und Phase der Unwucht konnten im untersuchten Frequenzbereich mit parametrischen Ansätzen durch Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate ermittelt werden. Zudem wurde die Robustheit der Verfahren gegen Ausreißer durch sogenannte M-Estimators verbessert. Die Identifikation der Unwuchtlage wurde mit einer Hypothese über die Fehlerlokalisierung untersucht.

In Simulationen wurde die Unwuchterkennung sowohl am Modell des Prüfstandes als auch an dem eines Flugtriebwerks untersucht. In letztem Fall wurde ein Einfluss verschiedener Aktorpositionen auf die Güte der Fehlererkennung nachgewiesen. Die Anwendbarkeit der untersuchten Methoden wurde auch am realen Prüfstand gezeigt. Die detektierten Unwuchten aus den rekonstruierten Signalen und aus realen Messungen wurden abgeglichen. Sie zeigen eine gute übereinstimmung, welche die Sensierungsfähigkeit der Aktoren nachweist. Darüber hinaus eignet sich der sensor-minimale Ansatz besonders für Systeme mit Bauraumeinschränkungen.

Weiterhin wurden auch die Unwuchten mittels selbstsensierender Piezoaktoren mit adaptiven Algorithmen für Schwingungsreduktion im geschlossenen Regelkreis errechnet. Diese kombinierte Regelung und Fehlerdiagnose ist ein weiterer Schritt um den Automatisierungsgrad von Maschinen weiter zu erhöhen.