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Symbolfoto: Das AIT ist Österreichs größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung

Lernende & Adaptive Mechatronische Systeme

Lernende & Adaptive Mechatronische Systeme

Lernende & Adaptive Mechatronische Systeme

Die vier zentralen Anforderungen an industrielle Automatisierungskomponenten sind eine schnelle Inbetriebnahme, hohe Präzision und Zuverlässigkeit, sowie ein ressourcenschonender Betrieb über die gesamte Lebensdauer. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, entwickeln wir Schätz- und Regelungsalgorithmen  für mechatronische Systeme, die die Konfigurierbarkeit und Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Betriebsbedingungen ermöglichen. Dies erfordert präzise und durchgängig anwendbare Modellierungs- und Verifikationstechniken sowie adaptive und lernende Regelungsalgorithmen, um dem System das gewünschte Verhalten einzuprägen. Unser Ziel ist es, die Konfiguration von Varianten zu vereinfachen, die Verschlechterung der Regelgüte aufgrund von Fertigungstoleranzen und Alterung zu korrigieren und die Lebensdauer von mechatronischen Automatisierungskomponenten zu verlängern.

Wir sprechen folgende Märkte an:

Hersteller von elektrischen, pneumatischen und hydraulischen Automatisierungskomponenten

Mechatronischer
Systementwurf

Der mechatronische Systementwurf umfasst den integrierten Entwurf eines mechanischen und elektronischen Systems sowie einer darin eingebetteten regelungstechnischen Lösung. Unser Entwurfsmethodik besteht aus fünf aufeinander abgestimmten Phasen: Modellierung, algorithmischer Entwurf, Simulation, Prototypenentwicklung und Inbetriebnahme. Wir ordnen die Entwurfsanforderungen konkreten Systemen, Subsystemen und Komponenten zu und unterstützen unsere Kunden bei der aufgabenspezifischen Auswahl, optimalen Platzierung und Integration von Sensoren und Aktoren. Zur Auswahl der optimalen Komponenten beurteilen wir die Kosten, das Mess- oder Aktor-Prinzip und die Genauigkeit.

Modellbasierter
Entwurf von­ Algorithmen und Software

Mit dem Entwurf komplexer regelungstechnischer Lösungen ist eine Vielzahl anspruchsvoller Herausforderungen verbunden. Abhilfe schafft der sogenannte modellbasierte Entwurf: Dabei beschreibt ein mathematisches Modell alle relevanten Systeminformationen und kommt während des gesamten Entwicklungsprozesses - Entwurf, Simulation, Implementierung sowie Verifizierung und Validierung - zum Einsatz. Dieses Modell wird laufend bewertet und adaptiert. Die gleichzeitige Realisierung von Echtzeitfähigkeit, Recheneffizienz und Robustheit wird durch den systematischen Einsatz von Rapid-Prototyping-Werkzeugen und geeigneten Testverfahren erzielt. Der modellbasierte Entwurf von Algorithmen, repräsentiert durch MiL, SiL oder HiL, ist deshalb integraler Bestandteil unseres Forschungsalltags. Darüber hinaus verbinden wir die Systemanalyse mit stochastischen Ansätzen für numerische Simulationen, um die Güte und Zuverlässigkeit hochkomplexer nichtlinearer Regelkreise zu verifizieren. Das ist gerade dann von entscheidender Bedeutung, wenn die Betriebsbedingungen nicht im Voraus bekannt sind.

Regelung elektrischer Antriebe

Ob in Industrieanlagen oder für Fahrzeuge - elektrische Antriebe werden heutzutage universell eingesetzt. Unser Forschungsschwerpunkt in diesem Bereich ist die optimale Regelung elektrischer Antriebssysteme. Dies umfasst:

  • Energieeinsparung durch motorspezifische, online-fähige MTPA-Strategien.
  • Lebensdauerverlängerung und Wartungsreduzierung durch Leistungsreduktionsstrategien.
  • Kostensenkung und Robustheitssteigerung durch virtuelle Sensorkonzepte.
  • EMV-Optimierung durch adaptive Ansteuerung des Umrichters.
  • Beschleunigung der Inbetriebnahme durch den Einsatz autonomer Selbstinbetriebnahme-Strategien.
  • Optimierung der Regelgüte durch adaptive Regelungsalgorithmen.

Regelung pneumatischer und
hydraulischer Antriebskomponenten

In der Fluidtechnik befassen wir uns mit der Erzeugung, Regelung und Übertragung von Kräften und der daraus resultierenden Bewegung mechanischer Komponenten, die pneumatisch oder hydraulisch angetrieben sind. Im Gegensatz zu Elektromotoren können hydraulische Motoren ein höheres Drehmoment bei geringerem Bauraum erzeugen. Wir unterstützen unsere Kunden im Baugewerbe und in der Landwirtschaft bei der Entwicklung mobiler hydraulischer Systeme für Anwendungen mit hohen Drehmomentansprüchen, wie dies z.B. bei Turmdrehkränen oder Schaufelbaggern der Fall ist.

Pneumatische Anwendungen sind unter anderem für die Fabrikautomation in der Automobilindustrie von besonderer Relevanz. Wir entwickeln daher lernende und adaptive Regelungsalgorithmen (Positions-, Kraft- und Elastizitätsregelung), um dem Leistungsabfall aufgrund von Alterungseffekten und Fertigungstoleranzen entgegenzuwirken und nach Stillständen eine automatisierte Wiederinbetriebnahme zu ermöglichen. Dadurch gelingt es unseren Partnern, Steuereinheiten für den Betrieb strukturell vergleichbarer Systeme einzusetzen und eine virtuelle Rekonfiguration der Komponenten durchzuführen.

Assoziierte Forschungsthemen

Beteiligte Forschungsgruppen