Fehlertolerante mechatronische Aktorsysteme mit Realisierung einer elektrischen Duplex-Servolenkung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Isermann
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 213635183

Wie sich gezeigt hat, ist das allgemeine Interesse an der Duplex-Aktorik mit Möglichkeit zur Fehlertoleranz bei sicherheitsrelevanten Systemen, seit der Stellung des Erstantrages zum Förderprojekt, z.B. im Kfz-Bereich, gestiegen. Die im Erstantrag dargestellten Aufgabenstellungen und die im Verlauf der bisherigen Forschungsarbeit neu erarbeiten Ergebnisse sind von grundsätzlicher Bedeutung für die betrachteten fehlertoleranten Aktorsysteme. Im Folgenden werden die noch nicht geklärten Aufgaben sowie die neu zu erarbeitenden Fragestellungen beschrieben.Die Genauigkeit der bereits erarbeiteten Modelle der Aktoren soll noch weiter verbessert werden. Hierfür soll das Modell des Motors um eine semi-physikalische Modellbildung erweitert werden, um nichtlineare Effekte wie z.B. Hystereseerscheinungen besser abbilden zu können. Dies ist insbesondere für die Fehlerdiagnose von Bedeutung.Die sich aus dem Modell ergebenden Residuen, welche sich aus einer Strukturuntersuchung ergeben haben, müssen an den vorhandenen Prüfständen validiert werden. Abhängig von den Validierungsdaten soll noch tiefer gehende Fehlermodellierung erfolgen.Ein Ansatz für die Aktorfehler, mittels Verkopplungsregler, wurde entwickelt. Zur Steigerung der Robustheit des Ansatzes soll der vorgestellte Ansatz mit nichtlinearen Modellen erweitert werden. Hierfür soll zunächst eine semi-physikalische Modellbildung stattfinden und anschließend der Verkopplungsregler zu einem Gain-Scheduling Regler erweitert werden.Besonders bei einem Totalausfall eines Aktors ist die Wahl der richtigen Umschaltstrategie wichtig. Die Auswirkung einer harten oder weichen Umschaltung ist dabei stark situationsabhängig. Der Duplex-EPS Prüfstand soll um Aktorik zur Lenkkraft-Rückwirkung erweitert werden. Diese soll eine aktive Lastsimulation ermöglichen sowie die Verwendung der Duplex-Aktorik im geschlossenen Regelkreis. Damit können fahrsituationsbedingte Fälle in der Umschaltstrategie untersucht werden. Das Einbinden einer Fahrzeugsimulation auf dem Echtzeitrechner ist dabei vorgesehen.Um im Fehlerfall eine gute Adaptierbarkeit der verwendeten Regler zu gewährleisten wurde die Verwendung einer IMC-Struktur untersucht. Aufgrund des im Regler hinterlegten Modells des Systems lässt sich diese Reglerstruktur durch Parameteradaption gut anpassen. Eine Drehzahl- und Positionsregelung soll mittels IMC aufgebaut werden. Zusätzlich sollen verschiedene Parameterschätzverfahren zur Anpassung der IMC am Prüfstand untersucht werden.Fehler in der Sensorik können leicht zu falschen Stellgrößen führen. Um die Auswirkungen von fehlerhaften Sensoren für die Ströme und den Rotorlagewinkel zu minimieren sollen virtuelle Messsignale für die Regelung modellgestützt erzeugt werden. Abschließend soll die Integration aller Verfahren in einem Fehlermanagementsystem untersucht werden und dabei die Ausnutzung von Synergien zur Reduzierung des Rechenbedarfs betrachtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen