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E. Luchini:
"Model predictive control for an insulated cool box with redundant refrigeration circuits";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): S. Jakubek, M. Kozek, R. Hofmann; Institut für Mechanik und Mechatronik, 2018; Rigorosum: 24.10.2018.

Die Inhalte der vorliegenden Dissertation sind im Laufe eines Kooperationsprojektes
zwischen dem Institut für Mechanik und Mechatronik (Abteilung für Regelungstechnik
und Prozessautomatisierung) und der Firma Liebherr-Transportation Systems GmbH
& Co KG, Korneuburg als Industriepartner entstanden.
Ausfallsicherheit und Energieeinsparung beim Lebensmitteltransport ist ein aktuelles
Thema, welches in dieser Arbeit behandelt wird. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung
neuer Methoden für redundante und energieeffiziente Temperaturregelung, welche
mit modellprädiktiver Regelungsstrategie umgesetzt wurde und der Beobachtung von
nicht messbaren Störungen sowie Alterung des Kühlanhängers.
In dieser Dissertation wird ein modellprädiktives Regelungskonzept für die Temperaturregelung
eines Kühlanhängers mit redundanten Kälteaggregaten präsentiert. Die Auflösung
widersprüchlicher Optimierungsziele, wie die genaue Einhaltung der Temperatur,
die Minimierung des Energieverbrauchs und des Verschleißes, stellt eine große Herausforderung
dar.
Da die Dynamiken der Teilsysteme sehr unterschiedlich sind, ist ein hierarchisches Regelungskonzept
vorteilhaft. Das komplexe nichtlineare Optimierungsproblem wurde in
mehreren Teilproblemen aufgeteilt. Für die Temperaturregelung des Kühlanhängers
wird eine lineare modellprädiktive Regelung verwendet, welcher in der Lage ist widersprüchliche
Ziele zu lösen, indem Wettervorhersagen berücksichtigt aber auch Beschränkungen
eingehalten werden. Bei der komplexen Regelung der Kälteaggregate ist
eine gemischt-ganzzahlige Optimierung notwendig. Um Faktoren wie die Sonneneinstrahlung
und die Alterung des Kühlanhängers berücksichtigen zu können wurde ein
Beobachter entwickelt, welcher in der Lage ist die Störeinträge zu separieren.

The content of this thesis originated in the course of a research project between the
Institute of Mechanics and Mechatronics (Division of Control and Process Automation)
and Liebherr-Transportation Systems GmbH & Co KG as industrial partner.
A current issue of potentials for reliability and saving energy in food transportation is
discussed in this work. The research was focused on the development of new methodologies
for redundant and energy-efficient temperature control and disturbance observation.
In this context a model predictive control strategy and an observer for unmeasured
disturbances and aging of the insulated cool box has been developed.
In this PhD Thesis a model predictive control concept for temperature control of an
insulated cool box with redundant refrigeration systems is presented. Conflicting optimization
goals naturally arise, where the strict adherence of the temperature, the
minimization of energy consumption and wear poses major challenges.
As the dynamics of the subsystems are different a hierarchical control concept is advantageous.
The complex nonlinear optimization problem has been split into a set of
subproblems. For the temperature control of the insulated cool box a linear model
predictive control is utilized, which is able to solve conflicting goals by taking weather
predictions into account and by consideration of constraints. For the more complex
control of the refrigeration systems a mixed-integer optimization is necessary. To be
able to consider other factors as the solar irradiation and the aging of the insulated cool
box an observer was designed, which is able to separate these disturbance impacts.