Biomedizinische Informatik und Mechatronik

Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik

Laufende Projekte

Zustandsschätzung und Trajektorienfolgeregelung für unendlich-dimensionale Systeme mit örtlich verteilter Messung

Laufzeit: 01.04.2022 - 31.03.2023 
Projekt: TWF-Programm 

Die Regelung verteilt-parametrischer Systeme stellt aus theoretischer und methodischer Perspektive ein aktuelles und herausforderndes Problem dar und steht deshalb im Fokus der internationalen regelungstechnischen Gemeinschaft an der Schnittstelle zwischen Ingenieurwissenschaften und angewandter Mathematik. Sie besitzt darüber hinaus große Bedeutung in innovativen regelungstechnischen Anwendungen, beispielsweise im technischen oder medizinischen Bereich. Eine wichtige Teilaufgabe bei der Regelung derartiger Systeme besteht in der Rekonstruktion des örtlich verteilten Systemzustands mit Hilfe sogenannter Beobachter. Im Unterschied zu bisherigen Arbeiten wird dazu in diesem Projekt die direkte Erfassung einzelner örtlich verteilter Größen vorausgesetzt. Die Untersuchungen werden anhand des Beispiels einer flüssigkeitsgefüllten Röhre durchgeführt, bei der die örtlich verteilte Messung durch eine am Versuchsstand befindliche Kamera realisiert wird.

Ansprechpartner: Dipl. Ing. Jens Wurm

Optimierung von Durchsatz und Positioniergenauigkeit bei Handhabungssystemen (DynamicPortal)

Laufzeit: 01.09.2021 - 31.08.2022
Projekt: Tiroler Innovationsförderung (FEI in Kooperation)
Kooperationspartner: Besi Austria GmbH, Dipl.-Ing. Michael Loinger

Die Firma BESI Austria entwickelt hochgenaue Positioniersysteme zur Bestückung von Leiterplatten mit Halbleiterelementen. Das Ziel des Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsprojektes ist einerseits die systematische Analyse der dynamischen Eigenschaften der Bestückungsautomaten, um das Systemverhalten besser zu verstehen und die Bestückungsautomaten dadurch signifikant im Hinblick auf Positioniergenauigkeit und Durchsatz zu verbessern. Dabei spielt die mathematische Modellierung des Systems eine wesentliche Rolle, da diese für die Analyse der Maschinendynamik herangezogen wird um den Einfluss von konstruktiven Änderungen abzuschätzen und aktive Schwingungstilger in einer Simulationsumgebung zu testen. Die Modelle liefern zudem das Grundgerüst für die Entwicklung von Optimalsteuerungsalgorithmen, um zeitoptimale Überführungen für elastische Manipulatoren offline zu berechnen. Wesentliche Herausforderung hierbei ist die Einhaltung von Beschränkungen (Geschwindigkeit, Beschleunigung sowie Ruck), wobei diese als physikalische Begrenzung in den Motoren aufgefasst werden können (Strombegrenzung, Momentenbegrenzung in den Aktuatoren).

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Phillip KronthalerDipl.-Ing. Thomas Auer

Modellbasiere Regelung und Systemoptimierung zur Emmissionsreduktion von Gasmotoren (MoRSE)

Laufzeit: 01.11.2020 - 31.10.2023
Projekt: FFG Basis-Programm
Kooperationspartner: INNIO Jenbacher GmbH & Co OG

Um Emissionen von Gasmotoren in dem, dazu notwendigen, transienten Betriebsregime zu minimieren stehen verschiedene Abgasnachbehandlungstechnologien zur Reduktion von relevanten Emissionen, wie beispielsweise Stickoxiden bzw. CO2e (z.B. unverbrannte Kohlenwasserstoffe) zur Verfügung. Allen Katalysatorsystemen gemeinsam ist die Komplexität der Regelung im hochtransienten Betrieb wegen der auftretenden großen Totzeiten, Nichtlinearitäten bzgl. der Betriebstemperatur in der Dynamik und eines eingeschränkten Betriebsfensters abhängig von der temperaturabhängigen Speicherfähigkeit des Katalysators. Es sollen auf der einen Seite Eignungen verschiedener Katalysatortechnologien zur Emissionsreduktion analysieren werden und auf der anderen Seite die Regelgüte für die unterschiedlichen Systeme durch den Einsatz modellbasierte Regelungsansätze für den transienten Betrieb optimieren. 
Dazu sollen die im Zuge der Projekte INNUIT/MoReNe entwickelten neuen  verteiltparametrischen Ansätze zur Modellierung von Transportprozessen mit Speichergröße verwendet werden, die sich auf thermische als auch kinetische Rohrströmungen anwenden lassen. 

Ansprechpartner: Simon Bachler, MSc, Dipl. Ing. Jens Wurm, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Woittennek

Modellierung und Regelung von Rohrnetzwerken (MoReNe)

Laufzeit: 01.04.2018 - 31.03.2021 (verlängert bis 31.12.2021)
Projekt: FFG Bridge-Programm
Kooperationspartner: INNIO Jenbacher GmbH & Co OG

Im Zuge des INNUIT Projekts wurde ein neuer intrinsisch verteiltparametrischer Ansatz zur Modellierung des thermischen Verhaltens von Rohrströmungen entwickelt. Diese Methode kann bei einer Vielzahl an verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise im der Wärmeversorgung, der chemischen Verfahrenstechnik oder der Pharmazie.  Für die Leistungsfähigkeit dieser Prozesse im Hinblick auf Energieeffizienz, zeitliche Flexibilität oder präzise Einhaltung gewünschter Prozessparameter ist ihre regelungstechnische Beherrschung grundlegende Voraussetzung. Im Zug dieses Projekts soll das neue Rohrmodell weiter verallgemeinert und neue verteiltparametrische Regelungs- und Beobachterstrategien auf Basis dieses Modells entwickelt werden.

Ansprechpartner: Simon Bachler, MSc, Dipl. Ing. Jens Wurm, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Woittennek

Regelung von Systemen mit örtlich verteilten Parametern

Finanzierung: Haushalt

In vielen technischen dynamischen Systemen hängen die Systemgrößen nicht nur von der Zeit, sondern auch vom Ort ab. Systeme mit ortsabhängigen Größen  sind beispielsweise die Temperatur  in Wärmeleitern,  die ortsabhängie Auslenkung des Kontinuums in elastischen Systemen oder auch der  Druck oder die Temperatur in Rohrreaktoren. In Abhängigkeit von der Regelungsaufgabe ist es in vielen Fällen sinnvoll, diese Ortsabhängigkeit auch im mathematischen Modell der betrachteten dynamischen Systeme explizit zu berücksichtigen. Dieser Zugang führt auf sogenannte Systeme mit örtlich verteilten Parametern, die durch partielle Differentialgleichungen mit Randbedingungen beschrieben werden. Eine besondere Herausforderung bei der Regelung dieser Systeme stellt die Tatsache dar, dass die zur Beeinflussung der Systeme zur Verfügung stehenden Stellgrößen ausschließlich von der Zeit abhängen. Am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik werden neue Methoden zur Analyse, Steuerung und Regelung derartiger Systeme entwickelt und in Prototypanwendungen erprobt.

Ansprechpartner: Univ-Prof. Frank Woittennek, Marcus Riesmeier, M.Sc.