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Projekt
Entwicklung eines echtzeitfähigen Aktuator-Sensor-Netzwerks
Antragsteller
Professor Dr. Stefan van Waasen
Fachliche Zuordnung
Mikrosysteme
Förderung
Förderung von 2011 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202175528
In der ersten Antragsphase standen die Entwicklung eines echtzeitfähigen Netzwerkes verteilter Aktuatoren und Sensoren sowie die Instrumentierung der Windkanalexperimente im Fokus der Arbeiten. Dies beinhaltete die Entwicklung von Aktuierungssystemen für jeweils unterschiedliche Amplituden-, Kraft- und Frequenzbereiche. Für Amplituden bis zu 45 µm wurde ein System aus piezoelektrischen Aktuatoren aufgebaut. Für Amplituden bis zu 1 mm wurden zwei elektromagnetische Aktuierungssysteme entwickelt. Das erste System basiert auf kommerziell erhältlichen Tauchspulen und wurde erfolgreich für die Aktuierung einer PVC Folie eingesetzt. Für die Aktuierung von Aluminiumoberflächen mit und ohne Ribletstruktur bis zu einer Blechstärke von 0.4 mm wurde ein neuartiges System basierend auf planaren Luftspulen entwickelt.Das Protokoll des echtzeitfähigen Aktuator- und SensorNetzwerkes orientiert sich an dem IEEE1451.0 Standard (¿Smart Transducer Standard¿). Als ersten Schritt wurde für das Netzwerk ein Modell in MATLAB/SIMULINK unter Verwendung der TrueTime Toolbox entwickelt. Die gewählten Netzwerkparameter wurden durch ein Testnetzwerk aus Raspberry Pi Computermodulen erfolgreich verifiziert. Das Modell kann für die Durchführung der Windkanalversuche eingesetzt (¿Model in the Loop¿) und an die zentrale Regelung (Teilprojekt 3) angekoppelt werden.In der zweiten Förderphase werden in Anbetracht der Erweiterung der fluidmechanischen Problemstellung von einer stationären auf eine instationäre Anströmung folgende Arbeitsschritte durchgeführt.(i) Weiterentwicklung des echtzeitfähigen Aktuator- und Sensornetzwerkes mit dem Ziel, eine Strömungsregelung auch im instationären Fall bei Änderung der Anströmungsgeschwindigkeit der Platte im Windkanal zu ermöglichen. Die Zeitkonstante der Amplitudenregelung muss innerhalb des kaskadierten Regelkreises verkürzt werden (~0.5 s). Zusätzlich sollen mit dem erweiterten Netzwerkmodell über Simulationen die Netzwerkcharakteristiken hinsichtlich der Umsetzung der anvisierten Strömungsregulation auf ausgedehnten Oberflächen optimiert werden.(ii) Erweiterung der elektromagnetischen Aktuierungssysteme mit dem Ziel, Blechstärken bis zu 1 mm in einem größeren Amplitudenbereich (25 µm bis 1.0 mm) mit höherer Genauigkeit (~5 µm) zu aktuieren. Außerdem soll u.a. durch die Kombination der beiden elektromagnetischen Aktuatorsysteme sowohl die flächige Auflösung der Aktuierung als auch die räumliche Variabilität der Aktuierungsparameter erhöht werden.In Hinblick auf die angestrebte Energieeinsparung durch die aktive Widerstandsreduktion sollen modellbasierte Konzepte für die Energieoptimierung der Aktuierung und des echtzeitfähigen Aktuator- und Sensornetzwerk entwickelt werden. Für die energetische Optimierung der elektromagnetischen Aktuatoren sollen entsprechende Modelle mit der Software COMSOL aufgebaut werden, für das Aktuator- und Sensornetzwerk wird das erweiterte Netzwerkmodell verwendet werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Großgeräte
4 x Elektromagnetische Aktuatorsysteme mit Zubehör
Mitverantwortlich
Dr. Michael Schiek
