[Zurück]


Dissertationen (eigene und begutachtete):

E. Talic:
"A real-time railway catenary model for Hardware-in-the-Loop tests";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): M. Kozek, S. Jakubek, J. Kunovsky; Inst. für Mechanik und Mechatronik, 2016; Rigorosum: 28.09.2016.



Kurzfassung deutsch:
Die vorliegende Dissertation stellt die eigenen wissenschaftlichen Beiträge eines Projektes
an der Technischen Universität Wien von November 2012 bis Dezember 2015 dar.
Die enthaltenen Veröffentlichungen sind im Laufe eines Kooperationsprojektes zwischen
dem Institut für Mechanik und Mechatronik (Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung)
und der Firma SIEMENS (ehemals MELECS) als Industriepartner
entstanden. Das Projekt wurde von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft
(FFG Nr. 836449) gefördert.
Effizientes Testen von Bauteilen und Komponenten mit Hilfe von Hardware-in-Loop
(HiL) Prüfständen ist in vielen industriellen Gebieten, wie etwa in der Automobil-,
Elektronik- und Bahn-Industrie, weit verbreitet. Bei HiL-Prüfständen interagieren die
zu testenden eingebetteten Prüflinge (Unit-Under-Test, UUT) mit einem virtuellen Modell
mechanisch oder elektrisch über definierte Ein- und Ausgänge. Das ermöglicht realitätsnahe
Tests unter Laborbedingungen, erfordert aber echtzeitfähige Modelle. In dieser
Arbeit wird ein echtzeitfähiges Oberleitungsmodell vorgestellt, welches erfolgreich
an einem innovativen Stromabnehmer-HiL-Prüfstand implementiert wurde.
Das echtzeitfähige Oberleitungsmodell wird mittels mathematischer Modellierung hergeleitet.
Da es sich bei einer Oberleitung um ein räumlich ausgedehntes, verteilt-parametrisches
System handelt, wird seine Dynamik mit partiellen Differentialgleichungen
beschrieben. Diese partiellen Differentialgleichungen, die sogenannten Euler-Bernoulli-
Gleichungen, beschreiben die Wellenausbreitung bei der Interaktion mit dem Stromabnehmer.
Alle relevanten Komponenten einer Oberleitung, das Tragseil, der Fahrtdraht,
die Hänger, welche diese beiden verbinden, und die Masten werden dabei berücksichtigt.
Um die Interaktion der Oberleitung mit dem Stromabnehmer effizient zu simulieren,
wird der Stromabnehmer fixiert und die Oberleitung über diesen bewegt. Dadurch muss
nur die Oberleitung im Umfeld des Stromabnehmers berücksichtigt werden.
Bei einer realen Oberleitung breiten sich dieWellen, welche bei der Oberleitungs-Stromabnehmer-
Interaktion entstehen, nahezu ungehindert in und gegen die Fahrtrichtung
aus. Um dieses Verhalten einer "unendlich" ausgedehnten Oberleitung zu simulieren,
werden absorbierende Randbedingungen verwendet. Da für die Euler-Bernoulli-Gleichung
in der Literatur keine absorbierenden Randbedingen zur Verfügung stehen, wird
eine Methode zur Bestimmung von absorbierenden Randbedingungen entwickelt. Die
Methode ist nicht ausschließlich auf die Euler-Bernoulli-Gleichung beschränkt, sondern
eignet sich auch für andere Gleichungen, welche Wellenausbreitung beschreiben.
Um die Euler-Bernoulli-Gleichung korrekt zu parametrieren, wird eine optimierungsbasierte
Identifikationsmethode entwickelt und an einem Seilprüfstand validiert. Die
Methode liefert eine gute Übereinstimmung zwischen Modell- und Messdaten und garantiert
die numerische Stabilität des Modells, welche für den Einsatz am HiL-Prüfstand
unverzichtbar ist.

Kurzfassung englisch:
The present PhD Thesis provides my scientific results of a research project at the Vienna
University of Technology since November 2012 until December 2015. The publications
originated in the course of a cooperation project between the Institute of Mechanics and
Mechatronics (Division of Control and Process Automation), and SIEMENS (former
MELECS) as industrial partner. The project has been funded by the Austrian Research
Promotion Agency (FFG No. 836449).
Hardware-in-the-Loop (HiL) test rigs allow for efficient testing of parts and components
and are widely used in automotive, electronics and train industries. The part or component,
denoted as unit-under-test is embedded into the HiL test rig and interacts with a
virtual model via defined electrical and/or mechanical inputs and outputs. HiL test rigs
enable realistic testing under laboratory conditions, however, the (virtual) model has
to be executed in real-time. This thesis presents a real-time capable railway catenary
model, which has been successfully tested on an innovative HiL pantograph test rig.
The real-time capable catenary model is obtained by mathematical modeling, considering
all relevant catenary parts: the carrier and contact wire, the droppers and the masts.
The catenary is a spatially distributed system and as such its dynamics are described
by coupled partial differential equations (the Euler-Bernoulli beam equations). These
equations model the wave propagation arising from the catenary pantograph interaction.
To reduce the computational effort a fixed pantograph interacts with a moving
catenary. This approach has the advantage that only a limited area of the catenary has
to be modeled.
At an actual catenary the waves propagate in an unimpeded manner because of its spatial
extension. This "unbounded" domain is modeled for the catenary model by imposing
absorbing boundary conditions. This boundary conditions have not been investigated
for Euler-Bernoulli beam before. Because of that a optimization based methodology
is developed to determine well-performing and stable absorbing boundary conditions.
This methodology is generic and can be used for partial differential equations with wave
propagation effects.
To identify the physical parameters of a Euler-Bernoulli beam, a multi-objective optimization
methodology is developed and verified on an wire test rig. Stability is guaranteed
for the resulting numerical model, which is crucial for HiL applications.


Elektronische Version der Publikation:
http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_251456.pdf


Erstellt aus der Publikationsdatenbank der Technischen Universitšt Wien.