Regelungstechnik
Kurzfassung
Robuste und zielgenaue Regelung von Systemen
Wir unterstützen unsere Kunden bei der regelungstechnischen Analyse von Systemen, entwerfen Steuerungen sowie Regler und testen diese mit xiL-Verfahren. Dabei entstehen z.B. PID-Regelkreise, Mehrgrößenregler mit Gain-Scheduling oder modellbasierte prädiktive Regler.
Regelungstechnik thermischer Systeme
Analyse, Entwurf und Implementierung
Wir bieten unseren Kunden die Entwicklung von Regelungen, Steuerung und Betriebsstrategien mit Hilfe von simulationsgestützten Methoden an. Grundlage für die Entwicklung sind Systemmodelle, Simulations- oder Messdaten. Anhand der Modelle oder Daten werden die betrachteten Systeme charakterisiert und analysiert. Anschließend werden die geeigneten regelungstechnischen Methoden und Algorithmen für den Reglerentwurf ausgewählt. Die von uns fertig entwickelten Regler, Steuerungen und Betriebsstrategien stellen wir unseren Kunden entweder als FMU zur Verfügung, oder wir implementieren sie direkt in Simulations- und Entwicklungsumgebungen wie beispielsweise Simulink, Labview, Dymola oder Python. Unter anderem in folgenden Anwendungen haben wir bereits erfolgreich Regler, Steuerungen und Betriebsstrategien umgesetzt:
- Mobile Klimatisierung
- Heizen & Kühlen von Batterien
- Wasserstofftankstellen
- Supermarktkälteanlagen
- Abtauungs- und Umschaltvorgänge in Wärmepumpen
- Wäschetrockner
- Prüfstände
Unsere Regler, Betriebsstrategien und Regelungssoftware kommen auch an unseren eigenen Prüfständen zum Einsatz. Weiterhin enthalten auch viele der für unsere Kunden individuell erstellten Systemmodelle sowie viele Modelle unserer hauseigenen Modellbibliothek TIL (z.B. Wärmepumpen oder Brennstoffzellensysteme) von uns entworfene Regler und Steuerungen.
Regelungstechnische Systemanalyse
Analyse von Nichtlinearität, Zeitkonstanten und Wechselwirkungen
Unsere Regelungsentwicklung basiert auf einer simulations- oder messdatenbasierten Systemanalyse, die das System stationär und dynamisch charakterisiert. Mit Hilfe dieser Analyse können wir, gemeinsam mit unseren Kunden, sinnvolle Regelungsmethoden auswählen (z.B. lineare Regler, Gain-Scheduling, Entkopplungsregler, Vorsteuerungen, modellbasierte Regler). Zur Analyse verwenden wir zeit- und frequenzbasierte Methoden, beispielsweise Relative Gain Arrays, FOTD-Ersatzmodelle oder Bode-Diagramme. Hierzu bieten wir auch das Add-On „Control Oriented Analysis“ für unser hauseigenes Softwarepaket MoBA Automation an.
Abbildung 1: Regelungstechnische Systemanalyse: automatisierte Bestimmung von Verstärkungen, Zeitkonstanten und Regelparametern anhand von Simulations- oder Messdaten
Reglerentwurf und Betriebsstrategie
Entwicklung von Reglern und optimaler Betriebsführung
Für unsere Kunden entwerfen wir – in der Regel simulationsbasiert – unter anderem:
- PID-Regelkreise z.B. mit Gain-Scheduling
- Entkopplungs- und Mehrgrößenregler
- Vorsteuerungen
- Modellbasierte prädiktive Regelungen
- Optimalsteuerungen
Die Regelungsentwicklung kann dabei fortlaufend mit der Produktentwicklung stattfinden. Verschiedene Regelungsmethoden und -schemata können so frühzeitig getestet und bewertet werden.
Für den Entwurf modellbasierter Regler – also Regler, die Simulationsmodelle direkt beinhalten – können (vereinfachte) physikalische Modelle oder datenbasierte Modelle genutzt werden. Abhängig von den jeweiligen Anforderungen wählen wir angemessene Modelle und Algorithmen aus. Ein geeignetes Modell kann beispielsweise ein Machine-Learning-Modell zur Online-Berechnung optimaler stationärer Betriebspunkte sein. Ein passender Algorithmus kann Nonlinear-Model-Predictive-Control (NMPC) zur Optimierung dynamischer Trajektorien sein.
Abbildung 2: Modellbasierte Betriebsstrategie: Der optimale Hochdruck für ein CO2-System wird betriebspunktabhängig aus tausenden stationären Simulationen berechnet und mithilfe eines neuronalen Netzes für die Regelungsapplikation abgebildet
