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S. Jakubek, G. Aschauer, A. Schirrer, W. Tenschert, C. Saliger:
"Hardware-in-the-loop Prüfstand für Stromabnehmer von Hochgeschwindigkeitszügen mit Emulation der Oberleitungsdynamik";
Vortrag: Mechatroniktag des Instituts für Mechanik und Mechatronik 2015, Wien; 30.10.2015.

Für moderne Hochgeschwindigkeitszüge mit Reisegeschwindigkeiten über 350 km/h stellt die hochdynamische Interaktion zwischen Stromabnehmer (Pantograph) und Oberleitung einen limitierenden Faktor dar. Angeregte Schwingungen führen zu Kontaktkraftverlust und Lichtbogenbildung, dies wiederum zu hohem Verschleiß. Um die Geschwindigkeit weiter steigern zu können bzw. Verschleiß zu reduzieren, werden zunehmend aktiv geregelte Pantographen eingesetzt. Für deren Entwicklung wurde in Forschungskooperation mit SIEMENS ein leistungsfähiger, hochdynamischer Pantographen-Prüfstand aufgebaut, der die Oberleitungsdynamik in Echtzeit und mit hoher Genauigkeit emulieren kann.

Zur Realisierung der komplexen, modellbasierten Prüfstandslösung müssen zunächst echtzeitfähige dynamische Modelle der Oberleitung entwickelt werden. Dies gelingt mithilfe geeigneter numerischer Methoden zur Modellierung, Transformation und Reduktion der Systemkomplexität: um das Rechengebiet der zugrunde liegenden partiellen Differentialgleichungen stark verkleinern zu können, wurden neue Zugänge der Randregelung erforscht. Unphysikalische Reflexionen am Rand des Rechengebiets können so effektiv unterdrückt werden.

Basierend auf den so erstellten Oberleitungsmodellen wird eine leistungsfähige Regelarchitektur vorgestellt, die die Emulation des Modellverhaltens am Prüfstand realisiert - der echte Pantograph "fühlt" somit die Interaktion mit einer realistischen Oberleitung, was virtuelle Testfahrten mit hohem Realitätsanspruch ermöglicht. Hierbei stellen intelligente Regelverfahren die Konsistenz von physikalischen Erhaltungsgrößen sicher. Erste Messergebnisse demonstrieren die erfolgreiche Implementierung am Prüfstand.