title: Automatisierte Systemidentifikation zur Parametrierung einer Temperaturregelung für eine Wasserkonditionieranlage
Creators: name: Bacher, Bastian
Publisher: name: FH CAMPUS 02 (CAMPUS 02 Fachhochschule der Wirtschaft)
Year: 2023
Subjects: subject: 629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften

description: Wasserkonditioniereinheiten dienen der Versorgung von Fahrzeugteilen mit dem benötigten Kühlwasser auf Fahrzeug-Prüfständen. Innerhalb definierter Grenzen kann die Temperatur, der Volumenfluss und der Druck des Kühlmediums eingestellt werden. Die Inbetriebnahme der Temperaturregelung solcher Anlagen stellt dabei ein zeitintensives Unterfangen dar und erzeugt oftmals nur ein unzureichendes Ergebnis. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Parameter des verwendeten PID-Reglers automatisiert zu berechnen. Dies soll durch Verwendung eines thermischen Modells der Anlage erfolgen, welches automatisiert identifiziert wird. Die notwendigen Applikationen werden dabei mittels Matlab®/Simulink® umgesetzt und anschließend in einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeführt. Im ersten Schritt werden die Einflüsse auf das thermische Verhalten mittels Versuchen an der Anlage ermittelt. Folgend wird ein thermisches Modell aus den physikalischen Zusammenhängen erstellt. Hierzu werden die einzelnen Anlagenteile in ihre Zustandsraumdarstellung überführt. Für die Parameter des thermischen Modells wird im folgenden ein Identifikationsverfahren implementiert, welches auf Grundlage eines rekursiven Least Squares Algorithmus und der Linearisierung der Temperaturverläufe basiert. Abschließend werden mit Hilfe des identifizierten Modells und den Chien-Hrones-Reswick Einstellregeln die Parameter des Temperaturreglers automatisiert berechnet. Die Validierung des Anlagemodells und des Identifikationsverfahrens zeigt dabei, dass das dynamische Verhalten mittels des identifizierten Modells nachgebildet werden kann. Die automatisch berechneten Reglerparameter ermöglichen einen stabilen Betrieb der Temperaturregelung und können als Startwerte für weitere Optimierungen herangezogen werden. Im Vergleich zur händischen Parametrierung des Reglers kann die Inbetriebnahmezeit auf wenige Stunden reduziert und die Regelgüte auf ein konstantes Niveau gebracht werden.
description: Water conditioning units for test benches are applied to supply vehicle parts with the necessary cooling water. The hydraulic system of these units is designed to vary the temperature, pressure and volume flow of the cooling water in a defined range. The commissioning of the utilized temperature controller causes an extensive input of personal resources and often generates an insufficient controller precision. The aim of the thesis is to develop a solution that calculates the PID parameters of the controller automatically by implementing an adaptive thermal model of the water conditioning unit. The thermal model as well as the identification of the model parameters have to be integrated as an executable Simulink® application in a programmable logic controller. As a basis for further realization, the relevant thermal processes in the unit are identified by different tests. Afterwards a thermal model, based on the physical correlations is developed by applying the state space representation of the individual components. The parameters of the model that could not be determined, are estimated automatically by a recursive least squares algorithm and linearization. Subsequently, the Chien-Hrones-Reswick method is utilized to calculate the parameters of the temperature controller. The validation of the thermal model and parameter identification in the programmable logic controller indicates, that the identified model is a suitable solution to simulate the dynamic behavior of the unit. The calculated parameters of the controller provide a stable operation of the unit. These values can be used as initial values for further optimizations of the controller. In comparison with the manual parametrization, a reduced commissioning time and a consistent controller accuracy can be achieved.