Messung
Foto: EnCN Kurt Fuchs

Offene Ausschreibungen

Umfeld der Arbeit:

Die kostengünstige und robuste Asynchronmaschine ist im industriellen Bereich in sehr vielen Anwendungen anzutreffen - von wenigen Kilowatt bis in den Megawattbereich. Aus Gründen der Effizienz und der günstigen Leistungselektronik, ist in den letzten Jahrzehnten ein Trend, weg vom Netzbetrieb und hin zum Umrichterbetrieb, zu erkennen. Zudem ist der Stand der Technik, Motoren direkt mit der Lastmaschine auf einen gemeinsamen Fundamentrahmen zu montieren und dem Kunden als kosteneffizientes Gesamtprodukt anzubieten. Durch die produktspezifischen Eigenschaften, zusammen mit den Elastizitäten des gewählten Fundaments beim Kunden, müssen aufgrund des Schwingungsverhaltens Drehzahlbereiche gesperrt werden. Ein, in den Grundzügen, bereits entwickeltes aktives System soll es ermöglichen, Motoren bei Drehzahlen zu betreiben, die aufgrund von Schwingungsresonanzen normalerweise nicht angefahren werden dürfen. Das am Institut ELSYS entwickelte Aktuatorsystem sitzt zwischen einem elastischen Strahlrahmenfundament und einem 2-poligen Asynchronmotor, welcher über einen Frequenzumrichter in seiner Drehzahl frei geregelt werden kann.

Themenbeschreibung:

Das vorhandene Aktuatorsystem wird mittels eines Entwicklungsboard (TMS320F28379D) von Texas Instruments und einem analogen Leistungsteil geregelt, sodass die mechanischen Schwingungen des Motors stark reduziert werden.
Zum Zweck der Evaluierung soll, auf Basis eines vorhandenen Regelungskonzeptes, ein analoger Regler nebst Leistungsteil (kann evtl. übernommen werden) entworfen werden. Hierbei sollen der Regler und Leistungsteil auf die Rückführgröße entsprechend so reagieren, dass Stellglieder (bipolare Voice-Coils / Tauschspulenaktuatoren) die mechanischen Schwingungen des Motors reduzieren

Aufgaben & Ziele in Stichpunkten

  • Entwicklung, Layout und Fertigung (nur Bestückung und Verdrahtung) eines (voll-) analogen Reglers nebst Leistungsteil für bipolare 1-phasige Voice-Coils
  • Optimierung, Erweiterung und (sofern möglich) Test des entwickelten Systems
  • Simulation der Schaltung in LT-Spice und Matlab/Simulink
  • Regelungstechnische Analyse in Matlab/Simulink

Anforderungen !?

  • Erste Erfahrungen mit der Hardwareumsetzung von Platinen
  • Freude an der Verbesserung und Entwicklung analoger Schaltungen
  • Eigenständiges und zielgerichtetes Arbeiten in freiem Arbeitsumfeld


 Und was ist für mich drin?

  • Einblick in laufendes mechatronisches
  • Entwicklungsprojekt mit der Möglichkeit sich kreativ einbringen zu können
  • Regelmäßige Onlinemeetings und Feedbackrunden

(Sie sind motiviert und am Thema interessiert, aber die Aufgaben/Anforderungen stimmen nicht vollends mit Ihren Interessen/Fähigkeiten überein? Kontaktieren Sie uns per Mail!)

Ansprechpartner

Betreuer

Name Kontakt
Ulrich Werner Ulrich Werner
Prof. Dr.-Ing.

Umfeld der Arbeit:

Die kostengünstige und robuste Asynchronmaschine ist im industriellen Bereich in sehr vielen Anwendungen anzutreffen - von wenigen Kilowatt bis in den Megawattbereich. Aus Gründen der Effizienz und der günstigen Leistungselektronik, ist in den letzten Jahrzehnten ein Trend, weg vom Netzbetrieb und hin zum Umrichterbetrieb, zu erkennen. Zudem ist der Stand der Technik, Motoren direkt mit der Lastmaschine auf einen gemeinsamen Fundamentrahmen zu montieren und dem Kunden als kosteneffizientes Gesamtprodukt anzubieten. Durch die produktspezifischen Eigenschaften, zusammen mit den Elastizitäten des gewählten Fundaments beim Kunden, müssen aufgrund des Schwingungsverhaltens Drehzahlbereiche gesperrt werden. Ein, in den Grundzügen, bereits entwickeltes aktives System soll es ermöglichen, Motoren bei Drehzahlen zu betreiben, die aufgrund von Schwingungsresonanzen normalerweise nicht angefahren werden dürfen. Das am Institut ELSYS entwickelte Aktuatorsystem sitzt zwischen einem elastischen Strahlrahmenfundament und einem 2-poligen Asynchronmotor, welcher über einen Frequenzumrichter in seiner Drehzahl frei geregelt werden kann.

Themenbeschreibung:

Für eine bestmöglich Simulation und je nach Regelverfahren, ist eine genaues Modell des zu regelnden Systems sinnvoll bis unabdingbar. Bei überschaubar Systemgröße ist ein analytisches Modell noch händelbar. Bei größeren Modellen sind die Systemmatrizen meist nicht mehr überschaubar, sodass man sich u.a. FE-Programme zu nutze macht um an die gesuchten Systemmatrizen zu gelangen.

So ist das Ziel der Arbeit eine einfache, wenn möglich automatisierte, Kopplung für die Modellübertragung zwischen den beiden Programmen Ansys und Matlab/Simulink herzustellen und in letzterem ein Zustandsraummodell zu erstellen und zu analysieren / validieren.

Aufgaben & Ziele in Stichpunkten

  • Modellextraktion/-reduktion aus Ansys Workbench
  • Automatische Integration in Matlab/Simulink
  • Erstellung eines Zustandsraummodells
  • Regelungstechnische Analyse in Matlab/Simulink 

Anforderungen !?

  • Modellextraktion/-reduktion aus Ansys Workbench
  • Automatische Integration in Matlab/Simulink
  • Erstellung eines Zustandsraummodells
  • Regelungstechnische Analyse in Matlab/Simulink

 Und was ist für mich drin?

  • Einblick in laufendes mechatronisches
  • Entwicklungsprojekt mit der Möglichkeit sich kreativ einbringen zu können
  • Regelmäßige Onlinemeetings und Feedbackrunden

(Sie sind motiviert und am Thema interessiert, aber die Aufgaben/Anforderungen stimmen nicht vollends mit Ihren Interessen/Fähigkeiten überein? Kontaktieren Sie uns per Mail!)

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Betreuer

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Ulrich Werner Ulrich Werner
Prof. Dr.-Ing.

Umfeld der Arbeit:

Die kostengünstige und robuste Asynchronmaschine ist im industriellen Bereich in sehr vielen Anwendungen anzutreffen - von wenigen Kilowatt bis in den Megawattbereich. Aus Gründen der Effizienz und der günstigen Leistungselektronik, ist in den letzten Jahrzehnten ein Trend, weg vom Netzbetrieb und hin zum Umrichterbetrieb, zu erkennen. Zudem ist der Stand der Technik, Motoren direkt mit der Lastmaschine auf einen gemeinsamen Fundamentrahmen zu montieren und dem Kunden als kosteneffizientes Gesamtprodukt anzubieten. Durch die produktspezifischen Eigenschaften, zusammen mit den Elastizitäten des gewählten Fundaments beim Kunden, müssen aufgrund des Schwingungsverhaltens Drehzahlbereiche gesperrt werden. Ein, in den Grundzügen, bereits entwickeltes aktives System soll es ermöglichen, Motoren bei Drehzahlen zu betreiben, die aufgrund von Schwingungsresonanzen normalerweise nicht angefahren werden dürfen. Das am Institut ELSYS entwickelte Aktuatorsystem sitzt zwischen einem elastischen Strahlrahmenfundament und einem 2-poligen Asynchronmotor, welcher über einen Frequenzumrichter in seiner Drehzahl frei geregelt werden kann.

Themenbeschreibung:

Für verschiedene Untersuchungen ist es nötig, dem System über die Wellenenden des Motors verschiedene Unwuchtanregungen vorgeben zu können. Hierfür sollen Bauteile entwickelt werden, mit deren Hilfe es möglich ist, die ge-wünschten Unwuchtanregungen ins System einzukoppeln, um zum Bespiel eine statische und oder eine Momentenunwucht zu erzeugen  bzw. zu simulieren.

Aufgaben & Ziele in Stichpunkten

  • Konstruktion von rotationsymmetrischen Bauteilen zur Unwuchtanregung
  • Numerische Modalanalyse und Harmonische Analysen per FEM zur Entwicklungslenkung und Validierung
  • Erstellung fertigungsgerechter technischer Zeichnungen
  • Experimentelle Modalanalyse zur Validierung nach der Montage der gefertigten Bauteile
  • Betriebsversuche mit Anregung der Systemeigenfrequenzen

Anforderungen !?

  • Erfahrung im Bereich der CAD-Konstruktion (vorzugsweise SolidWorks)
  • Grundlegende Kenntnisse im Bereich der Modalanalysen und FE-Simulation
  • Eigenständiges und zielgerichtetes Arbeiten

 Und was ist für mich drin?

  • Einblick in laufendes mechatronisches Entwicklungsprojekt mit der Möglichkeit sich kreativ einbringen zu können
  • Arbeitsplatzunabhängige Bearbeitung möglich
  • Regelmäßige Onlinemeetings und Feedbackrunden

(Sie sind motiviert und am Thema interessiert, aber die Aufgaben/Anforderungen stimmen nicht vollends mit Ihren Interessen/Fähigkeiten überein? Kontaktieren Sie uns per Mail!)

Ansprechpartner

Betreuer

Name Kontakt
Ulrich Werner Ulrich Werner
Prof. Dr.-Ing.

Umfeld der Arbeit:

Die kostengünstige und robuste Asynchronmaschine ist im industriellen Bereich in sehr vielen Anwendungen anzutreffen - von wenigen Kilowatt bis in den Megawattbereich. Aus Gründen der Effizienz und der günstigen Leistungselektronik, ist in den letzten Jahrzehnten ein Trend, weg vom Netzbetrieb und hin zum Umrichterbetrieb, zu erkennen. Zudem ist der Stand der Technik, Motoren direkt mit der Lastmaschine auf einen gemeinsamen Fundamentrahmen zu montieren und dem Kunden als kosteneffizientes Gesamtprodukt anzubieten. Durch die produktspezifischen Eigenschaften, zusammen mit den Elastizitäten des gewählten Fundaments beim Kunden, müssen aufgrund des Schwingungsverhaltens Drehzahlbereiche gesperrt werden. Ein, in den Grundzügen, bereits entwickeltes aktives System soll es ermöglichen, Motoren bei Drehzahlen zu betreiben, die aufgrund von Schwingungsresonanzen normalerweise nicht angefahren werden dürfen. Das am Institut ELSYS entwickelte Aktuatorsystem sitzt zwischen einem elastischen Strahlrahmenfundament und einem 2-poligen Asynchronmotor, welcher über einen Frequenzumrichter in seiner Drehzahl frei geregelt werden kann.

Themenbeschreibung:

Das vorhandene Aktuatorsystem wird mittels eines Entwicklungsboards (TMS320F28379D)  von Texas Instruments und einem analogen Leistungsteil geregelt, sodass die mecha-nischen Schwingungen des Motors bereits stark reduziert werden können.

Zum Zweck der Evaluierung soll ein Leistungs-teil entworfen werden, welches das, vom µC er-rechnete PWM-Stellgröße, verstärkt und somit die elektrodynamischen Aktuatoren (bipolare Voice-Coils / Tauchspulenaktuatoren) antreiben kann.

Aufgaben & Ziele in Stichpunkten

  • Entwicklung, Layout und Fertigung (nur Bestückung / Verdrahtung) eines pulsweitenmodulierten Leistungsteils für bipolare 1-phasige Voice-Coils
  • Optimierung, Erweiterung und (sofern möglich) Test des entwickelten Systems
  • Simulation der Schaltung in Matlab/Simulink und LT-Spice
  • Regelungstechnische Analyse in Matlab/Simulink
  • Fertigstellung der gefertigten Platine und Unterbringung in ausgewählten Metallgehäuse

Anforderungen !?

  • Erste Erfahrungen mit der Hardwareumsetzung von Platinen
  • Freude an der Verbesserung und Erweiterung bestehender Schaltungen
  • Eigenständiges und zielgerichtetes Arbeiten in freiem Arbeitsumfeld

 Und was ist für mich drin?

  • Einblick in ein laufendes mechatronisches Entwicklungsprojekt mit der Möglichkeit sich kreativ einbringen zu können
  • Arbeitsplatzunabhängige Bearbeitung möglich
  • Regelmäßige Onlinemeetings und Feedbackrunden

(Sie sind motiviert und am Thema interessiert, aber die Aufgaben/Anforderungen stimmen nicht vollends mit Ihren Interessen/Fähigkeiten überein? Kontaktieren Sie uns per Mail!)

Ansprechpartner

Betreuer

Name Kontakt
Ulrich Werner Ulrich Werner
Prof. Dr.-Ing.

Beschreibung:

Um den Wirkungsgrad permanenterregter Synchronmaschinen (PMSM) zu erhöhen, werden diese immer weiter im Grenzbereich betrieben. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Permanentmagnete im Rotor über ihrer zulässigen Maximaltemperatur betrieben werden und dauerhaft entmagnetisieren. Daher ist eine Bestimmung der Magnettemperatur im laufenden Betrieb wünschenswert. Daher soll in dieser Abschlussarbeit eine faseroptische Lösung erarbeitet werden, über welche die Messdaten mittels eines optischen Drehübertragers, unbeeinflusst von den umgebenden Feldern störungsfrei aus dem Rotor zum Statorgehäuse übertragen werden können. Zudem muss die Sensorleiterplatte im laufenden Betrieb mit Energie versorgt werden. Auch hierzu ist eine faseroptische Lösung wünschenswert. Im Idealfall wird für Energieversorgung und Datenrückkanal dieselbe Faser verwendet (Halbduplex). In diesem Fall kann ein einfacher „on-axis“ Drehübertrager mit Polymerfasern (POF) aufgebaut werden. Durch den großen Kerndurchmesser von POF ist ein derartiger Drehübertrager mit einer einfachen und robusten Optik denkbar.

Aufgaben:

  • Literaturrecherche und Aufstellen geeigneter Sensorkonzepte
  • Leiterplattenentwurf (Sensor-LP) und µC-Programmierung
  • Anpassung einer bestehenden Basis-LP (Zentrale) an den Sensor
  • Konzeption und Komponentenauswahl für die optische Strecke
  • Mechanische Konstruktion
  • Aufbau und Test der Optischen Strecke im Labor
  • Aufbau und Test des Systems mit kompletter Optik im Labor
  • Vorbereitung zur Integration in eine rotierende Maschine
  • Optional: Test des Sensorsystems in einer rotierenden Maschine

 Ziele:

  • Prototyp eines faseroptisch gekoppelten Systems zur Temperaturmessung in rotierenden elektrischen Maschinen

Ansprechpartner

Name Kontakt
Michael Hoerner Michael Hoerner
M.Sc.

Projektleiter

Name Kontakt
Armin Dietz Armin Dietz
Prof. Dr.-Ing.
Themengebiet:

Bachelor/Masterarbeit (BA/MA) – Elektrische Antriebstechnik

Thema:

Modellbasierte Prädiktive Regelung (MPC)

Stichworte:
  • Modellbasierte Prädiktive Regelung (MPC)
  • Regelung von Antrieben
  • Feldschwächbereich
Kurzbeschreibung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes EnCN2 soll die modellbasierte prädiktive Regelung (MPC) in Bezug auf die vorteilhafte Ansteuerung von elektrischen Antriebssystemen untersucht werden.
Die modellprädiktive Regelung erhält zunehmend Aufmerksamkeit im Bereich anwendungsnaher Forschung aufgrund der flexiblen Anwendung sowie der vorrauschauenden Optimierung der Stellgrößenwahl. MPC bietet prinzipbedingt die ideale Grundlage für die Ansteuerung und Optimierung von komplexen und nichtlinearen Regelstrecken. Mit Hilfe der Simulationsumgebung MATLAB/Simulink soll hierbei die Modellbildung und Evaluierung der Regelung erfolgen, sowie als Grundlage für eine experimentelle Evaluierung dienen. Die genannte Abschlussarbeit soll in enger Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Bernhard Wagner, aus dem Bereich Regelungstechnik, erfolgen.

Betreuer

Name Kontakt
Armin Dietz Armin Dietz
Prof. Dr.-Ing.

Ansprechpartner

Thema des 3-semestrigen M-APR-Projekts:

Erforschung und Erprobung von intelligenten Regelungsverfahren für Antriebe im industriellen Umfeld (Industrie 4.0).

Einbindung in übergeordnetes aFuE-Projekt, Laufzeit, Projektart:

Neue Ansteuerkonzepte für Antriebe und leistungs-

elektronische Systeme (z.B. Netzeinspeisung, Batteriesysteme, usw.) ermöglichen im Rahmen des Gedankens von Industrie 4.0 einen energieeffizienteren Betrieb sowie eine „online“ Diagnose. Weiterhin können sekundäre Regelziele wie eine reduzierte Schwingungsbelastung der Maschinen realisiert werden. Neben dem Ansteuerkonzept werden auch leistungs-elektronische Schaltungen entworfen, welche einen modularen und miniaturisierten Betrieb dieser Systeme ermöglicht. Das Thema ist in ein internes Projekt angebunden, die diese Ansteuerkonzepte erforscht. Zu bearbeiten ab SoSe 2021.

Aufgaben: 

Die Aufgabenstellung sieht die Erforschung und Erprobung von Verfahren zur Ansteuerung von Antrieben und leistungselektronischen Systemen vor.

Schwerpunkte:

  •  Ansteuerung von Antrieben und leistungselektro-nischen Systemen
  • Entwurf von Regelalgorithmen
  • Programmieren von Echtzeitsystemen
  • Entwurf von VHDL-Schaltungen
  • Entwerfen von leistungselektronischen Schaltungen (PCB-Design)

Das Thema ist in die folgenden Teilaspekte gegliedert:

  • ­Einarbeitung in intelligente Ansteuerverfahren
  • ­Simulation und Vergleich von Regelverfahren
  • ­Implementierung der Verfahren auf einer modernen Berechnungsplattform
  • ­Nutzung bekannter Algorithmen für die Regelung von el. Antrieben
  • ­Auswertung der Messungen, Bewertung der Verfahren

Anforderungen:

­

Abschluss als:

  • Bachelor of Science / Bachelor of Engineering mit entsprechender Fachrichtung Elektrotechnik / Mechatronik / Maschinenbau / Informatik / etc.

­

­Vorteilhaft folgende Vertiefungen / praktische Erfahrungen / Kenntnisse etc.:

  • ­Erfahrung zu elektrischen Maschinen
  • ­Interesse und eigenverantwortliche Arbeitsweise
  • ­Verlesungen zu elektrischen Antrieben / Regelungstechnik (ENT, AUT)
  • ­Erfahrung mit Mikroprozessoren / FPGA

Projektleiter

Name Kontakt
Armin Dietz Armin Dietz
Prof. Dr.-Ing.
Tobias Schindler Tobias Schindler
M.Sc.

Ansprechpartner

Name Kontakt
Tobias Schindler Tobias Schindler
M.Sc.

Thema des 3-semestrigen M-APR-Projekts:

Erforschung und Erprobung von Reinforcement Learning zur Regelung von elektrischen Antrieben.

Einbindung in übergeordnetes aFuE-Projekt, Laufzeit, Projektart:

Die Themenstellung ist in das Forschungsprojekt „KIRA“ eingebunden, in dem neuartige Regelverfahren für die elektrische Antriebstechnik untersucht werden. Das Projekt an der TH Nürnberg wird durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie mit ca. 240 T€ gefördert. Projektlaufzeit: 01.01.2021 – 31.6.2022. Zu bearbeiten ab SoSe 2021.

Übergeordnetes Projekt: 

Ziel des Vorhabens „KIRA“ ist die Reduzierung der Schwingungsbelastung von elektrischen Antrieben durch neuartige Regelverfahren. Hierzu werden Regelverfahren auf Basis von Reinforcement Learning erforscht und erprobt. 

Aufgaben:

Die Aufgabenstellung sieht die Erforschung und Erprobung von Verfahren aus dem Bereich des Reinforcement Learning für die Regelung von elektrischen Antrieben vor.

Schwerpunkte:

  • Recherche zu Machine Learning / Reinforcement Learning
  • Umsetzung von Reinforcement Learning Verfahren mit gängigen Frameworks
  • Untersuchung von Reinforcement Learning Verfahren mit gängigen Frameworks
  • Untersuchung von Reinforcement Learning für Steuer- und Regelung von elektrischen Antrieben von technischen Systemen
  • Adaption auf elektrische Antriebe

Das Thema ist in die folgenden Teilaspekte gegliedert:

  • ­Einarbeitung in Reinforcement Learning Algorithmen
  • ­Nutzung gängiger Frameworks für Machine Learning
  • ­Nutzung gängiger Frameworks für Reinforcement Learning
  • ­Nutzung bekannter Algorithmen für die Regelung von el. Antrieben
  • ­Verifikation der Leistungsfähigkeit in Simulationsumgebungen
  • ­Auswertung der Messungen, Bewertung der Verfahr-en

­

Anforderungen:

­

Abschluss als:

  • Bachelor of Science / Bachelor of Engineering mit entsprechender Fachrichtung
    Elektrotechnik / Mechatronik / Maschinenbau / Informatik / etc.

­

­Vorteilhaft folgende Vertiefungen / praktische Erfahrungen / Kenntnisse etc.:

  • ­Erfahrung zu elektrischen Maschinen
  • ­Interesse und eigenverantwortliche Arbeitsweise
  • ­Verlesungen zu elektrischen Antrieben / Regelungstechnik (ENT, AUT)
  • ­Erfahrung mit Mikroprozessoren / FPGA

Projektleiter

Name Kontakt
Armin Dietz Armin Dietz
Prof. Dr.-Ing.
Tobias Schindler Tobias Schindler
M.Sc.

Ansprechpartner

Name Kontakt
Tobias Schindler Tobias Schindler
M.Sc.

 

 

ELSYS Kontakt