Discrete-time LPV gain-scheduling controllers for the rejection of harmonic disturbances

Ballesteros Pazó, Pablo

Orbital friction welding is introduced as an alternative welding process for the manufacturing of Titanium blisks. Due to a comparative examination of linear and orbital friction welding, it could be proven that the different kinetics of the orbital friction welding process results in an improved heat generation. In addition to the advanced process characteristics, the influence of the relative motion on the microstructure development in the weld zone was investigated. EBSD measurements revealed a stronger texture in Ti-6Al-4V linear friction welds in the direction of the reciprocating motion as compared to orbital friction welds at the same position. By performing a parameter optimization for Ti-6Al-4V orbital friction welds it was found, that due to a gradually increase of the friction pressure it is possible to minimize the weld zone and decrease the welding temperature. This process control enables to avoid the α-β phase transformation which is known to cause high tensile residual stresses in the weld line of Ti-6Al-4V linear friction welds.

Das Thema dieser Dissertation ist die Unterdrückung harmonischer Störungen mit zeitver änderlichen, aber bekannten Frequenzen. Diese Problematik tritt z.B. typischerweise in Umgebungen auf, in denen rotierende Maschinen betrieben werden, deren Winkelgeschwindigkeiten variieren wie z.B. in Automotive-Anwendungen oder in Flugzeugen. Typische adaptive Lösungsansätze im Bereich Active Noise Control (ANC) und Active Vibration Control (AVC) wie beispielsweise FxLMS (Filtered x Least Mean Square) Regler weisen jedoch den entscheidenden Nachteil auf, dass bei variablen Störfrequenzen die Stabilität nicht nachgewiesen werden kann. Diese Arbeit benutzt sogenannte Linear Parameter Varying (LPV) Reglerentwurfsmethoden, um die Stabilitäat bei Änderungen der zeitvariablen Störfrequenzen zu garantieren. Dabei werden vier Ansätze basierend auf dem Internal Model Prinzip dargestellt. Der Regler muss ein Modell der Störung enthalten, um diese unterdrücken zu können. Ändert sich die Störfrequenz mit der Zeit, so ändert sich auch der Regler mit dem Störungsmodell. Diese Dissertation beschäftig sich mit LPV-Reglern zur die Unterdrückung der harmonischen Störungen. Es wurden zwei Regler basierend auf einen LPV-Zustandsrückführungsbeobachter sowie zwei LPV-Ausgangsrückführungsregler entworfen und mit experimentellen Ergebnissen an drei verschiedenen Prüfständen validiert. So wurde ein Multiple Input Multiple Output (MIMO) Regler in einem Golf VI Variant für die Unterdrückung induzierter Motorschwingungen getestet. Ebenfalls wurden Single Input Single Output (SISO)-Regler sowohl anhand eines aufgebauten Prüfstands zur aktiven Schwingungskompensation als auch anhand eines Prüfstands zur aktive Schallkompensation getestet und validiert. Dabei konnten sehr gute Ergebnisse erzielt werden, um Störungen mit zeitveränderlichen Frequenzen zu unterdrücken. Die angewandten LPV Reglerentwurfsmethoden wurden in dieser Arbeit zeitdiskretverwendet, weshalb die Implementierung der Regler in Echtzeit relativ einfach ist. Eine stabile Umschaltung zwischen den Reglern wird in dieser Dissertation auch vorgestellt. Diese Umschaltung vergrößert den Bereich des Reglers, in dem Störfrequenzen unterdrükt werden können.

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Ballesteros Pazó, Pablo: Discrete-time LPV gain-scheduling controllers for the rejection of harmonic disturbances. Clausthal-Zellerfeld 2016.

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