Listing 1 - 10 of 38 | << page >> |
Sort by
|
Choose an application
Choose an application
Choose an application
Choose an application
Choose an application
Deze thesis behandelt het ontwerp van multivariabele regelaars gebaseerd op ontkoppeling. Een dergelijk ontwerp bestaat uit twee stappen: (1) de berekening van ontkoppelingstransformaties van de ingangen en de uitgangen, zodanig dat het getransformeerde systeem optimaal ontkoppeld is en (2) het ontwerp van onafhankelijke SISO regelaars voor de diagonaal elementen van het getransformeerde systeem. De motivatie voor dit onderzoek ligt in de onbevredigende resultaten van de bestaande MIMO ontwerp methodes voor regelaars: (1) een gedecentraliseerde benadering, dit is een combinatie van onafhankelijke SISO regelaars, levert meestal onvoldoende performantie, (2) de geavanceerde MIMO technieken, bv. mu-synthese, zijn moeilijk af te stellen en te implementeren in de praktijk en (3) de bestaande ontkoppelingsmethodes resulteren in sub-optimale ontkoppeling en daaruit volgend in een beperkte performantie. Een nieuwe methode om de ontkoppelingstransformaties te ontwerpen en optimaliseren is ontwikkeld. De optimalisatie procedure maximaliseert de haalbare performantie met een gedecentraliseerde regelaar ontworpen voor het getransformeerde systeem. De resulterende optimale ontkoppeling levert de volgende voordelen: (1) geen MIMO model is vereist (de ontkoppeling is gebaseerd op de opgemeten FRF matrix), (2) de berekening van de ontkoppelingstransformaties is volledig geintegreerd met het ontwerp van de gedecentraliseerde regelaar, dit resulteert in een verbeterde performantie, (3) het ontwerp van deze regelaar is even eenvoudig als een gedecentraliseerd ontwerp en (4) de bekomen controle-performantie is vergelijkbaar, en in meeste gevallen zelfs beter dan de performantie bekomen met mu-synthese en de bekomen performantie is significant beter dan de bereikbare performantie met de bestaande ontkoppelingsprocedures. Om het ontwerp van de regelaar verder te vereenvoudigen, worden richtlijnen ontwikkeld die de haalbare performantie van een lineaire regelaar voorspellen op basis van eenvoudig meetbare karakteristieken van de testopstelling. Dit laat toe om a priori te bepalen wat wel en wat niet bereikbaar is met een lineaire regelaar. Deze nieuwe ontkoppelingsprocedure is grondig vergeleken met alle bestaande procedures, zowel op simulatie voorbeelden als op experimentele opstellingen. De experimentele validatie is uitgevoerd op drie trillingsproefstanden uit de automobielindustrie. Het MIMO controle probleem in deze toepassingen bestaat uit het opleggen van vooraf gedefinieerde belastingen door de hydraulische actuatoren van de proefstand juist te sturen. De experimenten bevestigen de gunstige eigenschappen van de ontwikkelde optimale ontkoppelingsprocedure en de nauwkeurigheid van deontwikkelde richtlijnen om de haalbare performantie te voorspellen. This dissertation deals with the design of multivariable feedback controllers based on decoupling. Such a design consists of two steps: (1) the calculation of input and output decoupling transformations such that the transformed system is optimally decoupled and (2) the design of independent SISO controllers for the diagonal elements of the transformed system. This research is motivated by the unsatisfactory results of the existing MIMO control design approaches: (1) a decentralized controller, i.e. a combination of independent SISO controllers, often yields insufficient performance, (2) the advanced MIMO techniques, e.g. mu-synthesis, are hard to tune and implement in practice, and (3) the existing decoupling procedures yield suboptimal decoupling results and consequently a limited performance. A new method to design and optimize the decoupling transformations is eveloped. The optimization procedure is a maximization of the performance achievable with a decentralized controllerdesigned for the transformed system. The resulting optimal decoupling yields the following advantages: (1) no MIMO model is required (the decoupling step is based on the measured FRF matrix), (2) the decoupling calculation is fully integrated with the subsequent robust decentralized control design yielding improved performance, (3) the control design is as straightforward as a decentralized control design and (4) the obtained control performance is comparable or in most cases even better than achieved with mu-synthesis, and is significantly better than the performance obtained with other decoupling procedures. In order to make the control design more straightforward, guidelines are developed which predict the achievable performance of alinear controller based on easily measurable characteristics of the test setup. This allows to state a priori what is and what is not achievable with a linear controller. This new decoupling procedure is thoroughly compared with all existing procedures, both on simulation and experimental examples. The experimental validation is performed on three automotive vibration test rigs. The MIMO control problem in these applications consists of applying predefined loadings by controlling the hydraulic actuators of the test rig. The experiments confirm the favorable properties of the developed optimal decoupling approach and the accuracy of the developed guidelines to predict the achievable performance. Het doctoraat zoekt naar vereenvoudigde methodes voor het aansturen van machines met meerdere ingangen en uitgangen. Klassiek worden dergelijke systemen gestuurd met behulp van onafhankelijke regelaars voor elke uitgang. Door de steeds hogere eisen betreffende nauwkeurigheid en snelheid van machines is de performantie van deze eenvoudige benadering onvoldoende. Omdat de complexe benadering, gebaseerd op een volledig model met meerdere ingangen en uitgangen in praktijk vele problemen geeft, zoekt dit doctoraat naar praktisch bruikbare methodes die deze complexe modellering vermijden, maar toch de interactie tussen de verschillende ingangen en uitgangen in rekening brengen om zo de performantie te verbeteren. Het doctoraat evalueert de ontwikkelde methodes op 3 verschillende industriële testopstellingen. De beschouwde industriële toepassing is de aansturing van een hydraulische trillingsproefstand voor wagens. Deze proefstanden worden gebruikt om vermoeiings-, comfort-, en NVH-eigenschappen van wagens te testen. Tijdens deze testen moet aan de wagen welbepaalde trillingen opgelegd worden. De aansturing van de hydraulische zuigers zodat de wagen de opgelegde beweging volgt, vormt een multivariabel regelprobleem. Experimentele validatie toont aan dat de bekomen performantie significant beter is dan de performantie haalbaar met de bestaande multivariabele controle-technieken. This research looks for simplified methods to control multiple-input multiple-output systems. These systems are classically controlled in industry by independent controllers for each output. Due to the increasing demands with respect to accuracy andspeed, the achieved performance with this simplified approach is insufficient. A theoretical well-established complex approach, based on a complete multiple-input multiple-output model yields however many problems in practice. Therefore, this research looks for practically applicable methods, which avoid this complex modelling but which take the interaction between the different inputs and outputs into account yielding an improved performance. The developed methods are evaluated on 3 different industrial test setups. The considered industrial application is the control of an automotive vibration test rig. These test rigs are used to analyze durability, comfort and NVH properties of a car. Predefined vibrations have to be applied to the car. The calculation of the control signals such that the car follows the desired vibrations is a multivariable control problem. Experimental validation shows that the performance, achieved with the new control design procedure, is significantly better than what is achievable with existing multivariable control techniques.
Choose an application
Een belangrijk deel van het testen van het vermoeiingsgedrag in de automobielindustrie gebeurt met behulp van hydraulische proefstanden. De berekening van de actuatorsignalen om een representatieve vermoeiingstest uit te voeren, is een multivariabel volgprobleem. De huidige industriele stand der techniek bestaat erin om dit volgprobleem op te lossen met behulp van een off-line, iteratief regelalgoritme, wat `Time Waveform Replication' of TWR genoemd wordt. Het TWR-algoritme gebruikt een lineair frekwentieresponsiemodel. Door het niet-lineaire gedrag van de hydraulische proefstand, is het TWR-proces een tijdrovend en moeizaam proces. De belangrijkste bedoeling van deze thesis is het verbeteren van het TWR-proces door het ontwerp en de validatie van een lineaire regelaar op basis van terugkoppeling. De thesis geeft een beschrijving van de dynamische eigenschappen van een hydraulische proefstand evenals een praktische en wiskundige analyse van het TWR-algoritme. De wiskundige analyse leidt tot formules voor de convergentievoorwaarden en convergentiesnelheid van de volgfout bij het TWR-proces. De formules relateren de convergentieeigenschappen met de modelfout en de gebruikte controleparameters. Om het TWR-proces te verbeteren, voegt deze thesis een regelaar op basis van terugkoppeling aan het regelschema toe. De thesis stelt drie verschillende combinaties voor van de off-line regelaar met de regelaar op basis van terugkoppeling en leidt de formules af die de convergentie van de volgfout beschrijven. Zowel simulatieresultaten (op basis van een representatief simulatiemodel) als experimentele resultaten, illustreren de afgeleide formules. De experimentele resultaten worden verkregen op een SISO systeem (1 hoek van een 4-poster proefstand) en een MIMO systeem (een halfasproefstand). An extensive part of durability testing in the automotive industry is performed on hydraulic test rigs. The calculation of the actuator control signals to perform a representative durability test on a test rig, is a multivariable tracking problem. Current industry practice to solve this tracking problem is to use an off-line iterative learning control algorithm, referred to as `Time Waveform Replication' or TWR. The TWR algorithm uses a linear, frequency domain model. Due to the nonlinear behaviour of the hydraulic test rig system, the TWR process is a time-consuming and tedious process. The main goal of this thesis is to design and validate a linear feedback controller aiming at improving the TWR process. The thesis presents a description of the dynamic properties of a hydraulic test rig as well as a practical and mathematical analysis of the currently used TWR algorithm. The mathematical analysis leads to formulae for the convergence conditions and convergence rate of the tracking error during the TWR process. The convergence properties are related to the model error and the used correction gains. To improve the TWR process, the TWR algorithm is augmented with a linear feedback controller. The thesis presents three different combinations of the off-line feed-forward controller and the real-time feedback controller and derives the formulae governing the resulting convergence of the tracking error. The derived formulae are confirmed by simulation results as well as by experimental results. The simulation results are generated with a nonlinear simulation model capable of simulating the horizontal dynamics of a suspension test rig. Experiments are performed on one corner of a 4-poster test rig (SISO experiment) as well as on a half suspension test rig (MIMO experiment). Heel wat ongelukken met vliegtuigen, treinen e.d. onstaan door het begeven van een kritische component in de constructie van deze vervoersmiddelen. Meestal gebeurt dit ten gevolge van metaalvermoeiing. Daarom is het testen van de vermoeiingseigenschappen een standaardonderdeel in het ontwikkelingsproces van dergelijke vervoersmiddelen. Ook in de automobielnijverheid is het testen van de vermoeiingseigenschappen opgenomen in het ontwikkelingsproces. Een belangrijk deel van het testen van de vermoeiingseigenschappen in de automobielindustrie gebeurt met behulp van hydraulische proefstanden. De berekening van de actuatorsignalen om een representatieve vermoeiingstest uit te voeren, is een moeizaam en tijdrovend proces, waarvoor het bedrijf LMS International NV (waarmee dit onderzoek in samenwerking liep) een softwarepakket commercialiseert, genaamd TWR (‘Time Waveform Replication’). De belangrijkste bedoeling van deze thesis is het verbeteren van het algoritme achter de TWR software, zodat de vermoeiingstesten sneller en eenvoudiger kunnen uitgevoerd worden. De thesis geeft een beschrijving van de dynamische eigenschappen van een hydraulische proefstand evenals een praktische en wiskundige analyse van het huidige TWR algoritme. Om het TWR-proces te verbeteren, voegt deze thesis een regelaar op basis van terugkoppeling aan het regelschema toe. Een wiskundige analyse legt de voorwaarden vast waarin dit kan en welk de resulterende tijdswinst zal zijn. Zowel simulatieresultaten als experimentele resultaten illustreren de afgeleide formules. De thesis beschrijft ook in detail de resultaten die verkregen werden bij verschillende industriële validatie-experimenten uitgevoerd bij automobielconstructeurs en hun toeleveranciers. Uit de experimenten blijkt dat het nieuwe algoritme op basis van terugkoppeling inderdaad het potentieel heeft om het TWR-proces te versnellen, hetgeen de doelstelling van het onderzoek was. Om het algoritme industrieel inzetbaar te maken, dient de resulterende tijdswinst nog verder verhoogd te worden en dient het ontwerpalgoritme ook geautomatiseerd te worden. A lot of accidents with airplanes, traines etc. occur due to the failure of a critical component. Often this is due to metal fatigue. Therefore, testing the fatigue properties is a standard part of the design and construction process in the transportation industry. Also in the automotive industry, fatigue testing is a standard part of the design cycle. An important part of the fatigue testing in the automotive industry is done with hydraulic test rigs. The calculation of the actuator signals for a representative test on the rig is a tedious and time-consuming process, for which LMS International N.V. (which participated in the here presented research) commercializes a software solution, referred to as TWR ('Time Waveform Replication'). The most important goal of this thesis is to improve the algorithm behind the TWR process such that the fatigue tests can be done faster and more easily. The thesis describes the dynamic properties of industrial hydraulic test rigs ; it also makes a practical and mathematical analysis of the currently used TWR algorithm. To improve this TWR algorithm, the thesis proposes to add a real-time feedback controller to the control system and it is analyzed under which conditions this is possible and what the influence is on the resulting performance. Both simulation results as well as experimental results illustrate the derived mathematical formulae. The thesis also describes in detail the results obtained at different industrial automotive manufacturers and their suppliers. From the experiments, it appears that the approach as proposed in the thesis indeerd has the potential to accelerate the fatigue testing process which was the main goal of the thesis. To make the proposed algorithm industrially usable, it is necessary further increase the resulting time gain and to automate the algorithm.
Choose an application
Choose an application
Choose an application
Choose an application
Listing 1 - 10 of 38 | << page >> |
Sort by
|