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R. Priesner:
"Impedance Control of Internal Combustion Engine Test Beds";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): S. Jakubek, R. Bauer; Insitut für Mechanik und Mechatronik E325 A5, 2013; Rigorosum: 16.12.2013.

Das Ziel von Motorprüfständen ist das realistische Testen von Verbrennungskraftmaschinen in einer kontrollierten Umgebung. Dieses Ziel kann in einige Unterziele unterteilt werden. Zuerst wird detailliertes Wissen der Prüfstandsdynamik, das heißt ein Prüfstandsmodell benötigt.
Zweitens muss ein auf Basis dieses Modells ein geeigneter Regler ausgelegt werden, der eine Vielfalt von Zielsetzungen betreffend Regelgüte, Regelbandbreite und Robustheit erfüllt.
Drittens muss eine geeignete Last an den Prüfling angelegt werden. Diese Last wird als
\emph{Impedanz} bezeichnet und aus einem \emph{Impedanzmodell} berechnet. Dieses beschreibt mathematisch wie die vorgesehene Umgebung des Prüflings sich der Bewegung entgegensetzt wenn eine Kraft aufgebracht wird.

In dieser Arbeit werden neue Konzepte für alle drei Unterziele enwickelt, getestet und diskutiert.

Für eine industrielle Anwendung wird ein genaues, aber doch einfaches Prüfstandsmodell benötigt. Neben Akutator- und Torsionschwingungsmodellen wird die elastische Lagerung der VKM experimentell identifiziert.

Die Anwendung von modellprädiktiver Regelung auf Trajektoren-Folgeregelung bringt viele Vorteile. Besonders hervorzuheben sind die exzellente Regelgüte und die Fähigkeit, Beschränkungen aktiv in der Berechnung der Stellgröße zu berücksichtigen.

Für die Impedanzregelung werden zwei Varianten vorgestellt die sich in der Art der Integration des Impedanzmodells in den Regelkreis unterscheiden. Des Weiteren wird eine Erweiterung der Impedanzreglung basierend auf einer Control-Lypaunov Funktion vorgestellt, die garantierte Stabilität des geschlossenen Regelkreises herbeiführt.

Obwohl diese Arbeit speziell auf VKM Prüfstände ausgerichtet ist, können die präsentierten Modelle und Methoden vielseitig auf andere rotatorische Prüfstände oder drehelastische Triebstränge allgemein angewendet werden.

The fundamental goal for internal combustion engine (ICE) test beds is the realistic testing of engines in a controlled environment. This goal can be divided into a number of sub-tasks. Firstly, detailed knowledge of test bed dynamics, i.e. a test bed model is required.
Secondly, an appropriate controller has to be designed based thereon, taking the multitude of design objectives regarding tracking performance, control bandwidth, and robustness into account.
Thirdly, an appropriate load has to be applied at the unit under test (UUT). This load is referred to as \emph{impedance} and computed from an \emph{impedance model}. It contains a mathematical description of how the designated environment of the UUT resists motion when subject to a given force.

In the course of this work novel concepts for all three sub-tasks are developed, tested, and discussed.

For industrial applications an accurate yet simple test bed model is required. Besides deriving a model for the actuator and torsional oscillations, the elastic suspension of the ICE is experimentally identified.

The application of model predictive control to trajectory tracking control offers numerous advantages. Most importantly, MPC is characterized by excellent performance and its ability to actively incorporate constraints in the computation of the control variable.

For impedance control, two possible control structures are proposed differing in how the impedance model is incorporated into the control system.
Additionally, an extension to the impedance control scheme based on a Control-Lyapunov function is presented, resulting in guaranteed closed loop stability.

Although this work is targeted specifically at ICE test beds, the presented models and methods can be applied versatilely to other rotatory test beds or elastic drive systems in general.