Zur Synthese von echtzeitfähigen flachheitsbasierten Ansteuer- und Regelstrategien unter systematischer Berücksichtigung von Beschränkungen

In dieser Arbeit wird ein Methodenansatz präsentiert, welcher es erlaubt, Beschränkungen systematisch bei der Systemsteuerung und -regelung zu berücksichtigen. Das Zieleinsatzgebiet des Ansatzes liegt auf Online-Tracking-Anwendungen mit a-priori unbekannten Referenzsignalen für den Systemausgang, die in Echtzeit, z.B. von einem Menschen über einen Joystick oder ein Gaspedal, vorgegeben werden. Als Regelstrecken werden sowohl lineare als auch nichtlineare flache Eingrößensysteme (SISO-Systeme) betrachtet, welche die Eigenschaft der Minimalphasigkeit aufweisen. Weiterhin unterliegen die flachen Systemzustände sowie die Stellgröße (polytopischen) Beschränkungen.

Für diese Systeme und Anwendungen wird zum einen eine Online-Trajektorienplanung auf Basis eines schaltenden Zustandsvariablenfilters, z.B. zur Verwendung mit einer flachheitsbasierten Vorsteuerung, und zum anderen ein stabilisierendes, schaltendes Regelungskonzept entworfen. Wie im Verlauf der Arbeit gezeigt wird, sind beide Strukturen außerdem im Stande, die angenommenen Beschränkungen sowohl alleine als in Kombination einzuhalten. Aufgrund dieser Tatsache lassen sich beide Strukturen beispielsweise zu einer beschränkten Folgeregelung sowie einer beschränkten Zwei-Freiheitsgrade-Struktur kombinieren.

Im weiteren Teil der Arbeit wird darüber hinaus die Anwendung des schaltenden Zustandsvariablenfilters sowie der schaltenden Regelung auf reale (nichtlineare) hydraulische SISO-Systeme beschrieben. Die betrachteten Komponenten sind ein hydraulischer Axialkolbenmotor und eine Axialkolbenpumpe, die beispielsweise im hydromechanischen Antriebsstrang eines Radladerfahrzeugs zum Einsatz kommen.