ATP » Lehre » Bachelor-/Masterarbeiten

offene Bachelor- und Masterarbeiten


Der Lehrstuhl Automatisierungstechnik und Prozessinformatik hat ständig interessante Themen anzubieten. Auch wenn Sie auf dieser Seite kein für Sie geeignetes Angebot finden:

Sprechen Sie unsere Mitarbeiter an!


Eine kleine Auswahl an zu vergebenen Themen ist hier zu finden:

Typ Thema Betreuer
Bachelorarbeit Fehlertolerante Regelung vernetzter Systeme durch Umverteilung der Regelungsziele Kai Schenk
Masterarbeit Entwurf und Erprobung einer Onboard-Einheit zur fehlertoleranten Regelung von Multikoptern Michael Schwung
Masterarbeit Impulsgesteuerte Synchronisation einer Roboterschaukel Philipp Welz
Masterarbeit Entwicklung und Erprobung von Identifikations- und Regelungsmethoden für reaktive Zerstäubungsprozesse Christian Wölfel
Masterarbeit Fehlertolerante Regelung vernetzter Systeme durch Umverteilung der Regelungsziele Kai Schenk

Bachelorarbeit

Fehlertolerante Regelung vernetzter Systeme durch Umverteilung der Regelungsziele

Fehlertolerante Regelung vernetzter Systeme

In vielen Anwendungsgebieten ist es sinnvoll die Regelstrecke nicht als zentrales System, sondern als mehrere physi-kalisch verkoppelte Teilsysteme aufzufassen. Dabei verfügen die Teilsysteme in der Regel nur über begrenzte Informa-tionen. Durch die digitale Vernetzung der Teilsysteme ist es jedoch möglich, Daten zwischen den Teilsystemen auszu-tauschen. Genau diese Kommunikationsmöglichkeit soll als Chance verstanden werden, um das Gesamtsystem tole-rant gegenüber Fehlern zu machen. Dabei bedeutet fehlertolerant, dass die Teilsysteme eine gemeinsame Aufgabe auch dann noch erfüllen können, nachdem ein Fehler eingetreten ist.

Aufgabenstellung

Die gewünschte Fehlertoleranz wird dadurch erreicht, dass defekte Teilsysteme lokale Messungen (Regelgröße) verwenden, um die lokalen Regelungsziele (Sollwerte) ihrer Nachbarn zu verändern. Im Rahmen einer Bachelorarbeit oder in reduzierter Form im Rahmen eines Praxisprojektes soll die folgende Fragestellung im Mittelpunkt stehen.

Ist es zweckmäßig weitere Kommunikationskanäle zu nutzen?

Das heißt, können beispielsweise schwächere Bedingungen an die Existenz einer Lösung gefunden werden, wenn zusätzlich die Regelungsziele der defekten Teilsysteme verändert werden? Ein alternativer Ansatz wäre, die Regel-differenz anstelle der Regelgröße zu senden. Diese und sich daraus ergebende Fragen sollen beantwortet werden.

Voraussetzungen

Vorausgesetzt werden grundlegende Kenntnisse in MATLAB, wie sie zum Beispiel in den Bachelor-Praktika behandelt werden. Darüber hinaus sollten die Methoden zur Analyse und Regelung kontinuierlicher Systeme aus der Vorlesung „Automatisierungstechnik“ beherrscht werden.

Mehr Informationen:

Kontakt:   Kai Schenk

nach oben



Masterarbeit

Entwurf und Erprobung einer Onboard-Einheit zur fehlertoleranten Regelung
von Multikoptern

Aufgabenstellung

In dieser Masterarbeit soll ein Konzept zur fehlertoleranten Regelung (Abb.), bestehend aus einer Diagnose- und einer Rekonfigurations-einheit zur Kompensation von Motorausfällen an Multkoptern dahin-gehend erweitert werden, dass eine Implementierung onboard auf dem Mikrocontroller des Fluggerätes möglich ist. Anschließend erfolgt eine simulative und experimentelle Erprobung. Die fehlertolerante Regelung (FTR) hat das Ziel, die Verfügbarkeit technischer Prozesse zu erhöhen, indem die verhindert, dass das Fehlverhalten von Systemkomponenten zum Ausfall des gesamten Systems führt. Die aktive FTR besteht aus zwei Schritten: Zunächst muss ein Fehler durch eine Diag-noseeinheit erkannt und aus einer Menge möglicher Fehler isoliert werden. Anschließend erfolgt die Rekonfiguration des Reglers.

Methodik

Die Diagnose der Aktorfehler erfolgt mittels einer Beobachterbank und die Rekonfiguration mit Hilfe virtueller Aktoren. Die Realisierung der fehlertoleranten Regelung erfolgt onboard, d.h. auf der Steuerplatine der Multikopter. Die Steuer-platine bietet ein Arduino-Mikrocontroller-Board, eine IMUSensoreinheit und ein Xbee-Funkmodul. Die Positionsrege-lung erfolgt zunächst manuell (Fernbedienung). Später erfolgt die Kommunikation von Messdaten oder Stellgrößen
von der Boden-Station, um eine autonome Positionsregelung zu ermöglichen. Die effiziente Implementierung der Re-gelungsalgorithmen und die effiziente Umsetzung der Punkt-zu-Multipunkt-Kommunikation ist erforderlich, um mit der begrenzten Rechenkapazität die notwenigen Abtastraten zu gewährleisten.

Voraussetzungen

Vorausgesetzt werden gute Kenntnisse in MATLAB / Simulink und C, sowie die in den Vorlesungen Regelungstechnik 1+2 behandelten Inhalte. Ein frühzeitiges Engagement, ggf. als studentische Hilfskraft, ermöglicht die Anpassung der Hardware an die neuen Anforderungen.

Beginn

nach Absprache

Mehr Informationen:

Kontakt:  Michael Schwung

nach oben




Masterarbeit

Impulsgesteuerte Synchronisation einer Roboterschaukel

Aufgabenstellung

Abbildung 1 zeigt den Aufbau eines neuen Experiments zur Untersuchung des Synchronisationsverhaltens impulsge-steuerter Systeme. Als impulsgesteuerte Systeme werden im Folgenden Systeme bezeichnet, die nur mittels impuls-förmigen Eingangsgrößen beeinflusst werden können. Die Konstruktion des Versuchsaufbaus zeigt, dass sich das System Roboterschaukel als ein impulsgesteuertes System beschreiben lässt. Das wird insbesondere durch die Be-trachtung der beiden Bewegungsabläufe Aufschwingen nach vorne und Aufschwingen nach hinten deutlich, die sich als Impulsförmige Steuergrößen des Systems Roboterschaukel modellieren lassen.

Das Ziel dieser Arbeit besteht in dem Entwurf eines Regelungsalgorithmus zur Synchronisation der Winkelstellung der Roboterschaukel an ein vorgegebenes Sinussignal, welches mit Hilfe eines Signalgenerators erzeugt werden kann. Dieses Ziel soll erreicht werden, indem zunächst das Verhalten der Roboterschaukel modelliert und die Parameter identifiziert werden. Anschließend soll auf Basis des Modells der Roboterschaukel, die Wirkung der Stellsignale in Simulation und Experiment untersucht und verstanden werden.

Die Untersuchungen sollen sich auf das Beispielsystem beschränken und die Frage beantworten, welche Bedingungen an das Signal des Generators gestellt werden müssen, um asymptotische Synchronisation zu erreichen.

Voraussetzungen

Vorausgesetzt werden gute Kenntnisse in MATLAB und SIMULINK, wie sie in der Vorlesung Rechnergestützte System-analyse vermittelt werden. Darüber hinaus sollten die in den Grundlagenvorlesungen zur Regelungstechnik I und II behandelten Inhalte bekannt sein.

Mehr Informationen:

Kontakt:  Philipp Welz

nach oben



Masterarbeit

Entwicklung und Erprobung von Identifikations- und Regelungsmethoden für reaktive Zerstäubungsprozesse

Plasmagetriebene Abscheideverfahren

Zur Erzeugung von Dünnfilmen, wie sie beispielsweise in der optischen Industrie benötigt werden, stehen heutzutage plasmagetriebene Abschei-deverfahren zur Verfügung. Bei diesen wird in einem Niederdruckprozess mittels einer Plasmaentladung eine dünne Feststoffschicht auf einem Zielobjekt aufgetragen. Beim Auftragen dielektrischer Feststoffschichten kann eine Selbstvergiftung des Prozesses auftreten, welche den Abschei-devorgang verlangsamt. Diese Selbstvergiftung ist auf instabile Arbeitspunkte zurückzuführen und zieht ein mehrdeuti-ges statisches Eingangs-/ Ausgangs-Verhalten sowie eine nichtlineare Dynamik nach sich.

Aufgabenstellung

Um Steuerungsmethoden für reaktive Zerstäubungsprozesse entwickeln zu können, werden Methoden zur Modellierung und Identifikation dieser Prozesse benötigt. Hierzu existieren für den SISO-Fall erste Ansätze, welche bereits erfolgreich als Basis für Steuerungsentwürfe eingesetzt werden konn-ten. Diese Ansätze im Bereich der Modellierung und Identifi-kation sollen nun für die Verwendung zusätzlicher Ein- und Ausgangsgrößen weiterentwickelt und anschließend erprobt werden. Im Bereich der Entwicklung von Regelungsmethoden wurde sich bisher auf einfache Regelstrukturen wie PID-Regler beschränkt. Um auch höhere Güteforderungen erfüllen zu können, sollen nun erweiterte Reglerstrukturen ent-wickelt und erprobt werden. Die konkrete Aufgabenstellung für eine Masterarbeit setzt sich daher aus einem oder einer Kombination der beiden skizzierten Themenbereiche zusammen und wird individuell festgelegt.

Voraussetzungen

Vorausgesetzt werden sehr gute Kenntnisse in MATLAB / Simulink, wie sie in den regelungstechnischen Master-Vorlesungen und Praktika behandelt werden. Darüber hinaus sollten die Inhalte der Vorlesungen RT1, RT2 und nichtlineare Regelungen sehr gut beherrscht werden. Kenntnisse über Modellbildung/Identifikation sowie Optimierung sind hilfreich, können sich aber während der Arbeit angeeignet werden.

Mehr Informationen:

Kontakt:  Christian Woelfel

nach oben



Masterarbeit

Fehlertolerante Regelung vernetzter Systeme durch Umverteilung der Regelungsziele

Fehlertolerante Regelung vernetzter Systeme

In vielen Anwendungsgebieten ist es sinnvoll die Regelstrecke nicht als zentrales System, sondern als mehrere physi-kalisch verkoppelte Teilsysteme aufzufassen. Dabei verfügen die Teilsysteme in der Regel nur über begrenzte Informa-tionen. Durch die digitale Vernetzung der Teilsysteme ist es jedoch möglich, Daten zwischen den Teilsystemen auszu-tauschen. Genau diese Kommunikationsmöglichkeit soll als Chance verstanden werden, um das Gesamtsystem tole-rant gegenüber Fehlern zu machen. Dabei bedeutet fehlertolerant, dass die Teilsysteme eine gemeinsame Aufgabe auch dann noch erfüllen können, nachdem ein Fehler eingetreten ist. Die gewünschte Fehlertoleranz wird dadurch er-reicht, dass defekte Teilsysteme lokale Messungen (lokale Ausgangsgrößen) verwenden, um die lokalen Regelungs-ziele (lokale Sollwerte) ihrer Nachbarn zu verändern.

Aufgabenstellung

Aktuell wird die gemeinsame Aufgabe durch eine Forderung an einen Performance-Ausgang beschrieben. Dieser Per-formance-Ausgang ist, abhängig von der Anwendung, eine Linearkombination aller lokalen Ausgangsgrößen. Je nach-dem was die gemeinsame Aufgabe der Teilsysteme ist, kann diese nicht als Linearkombination der lokalen Ausgangs-größen formuliert werden, sondern es werden nichtlineare Funktionen benötigt. Im Rahmen einer Masterarbeit soll die folgende Fragestellung im Mittelpunkt stehen.

Wie können die bestehenden Konzepte erweitert werden, wenn der Performance-Ausgang
nichtlinear von den lokalen Ausgangsgrößen der Teilsysteme abhängt?

Aus mathematischer Sicht geht es vor allem um die Frage, wann und wie nichtlineare Gleichungssysteme lösbar sind.

Voraussetzungen

Vorausgesetzt werden grundlegende Kenntnisse in MATLAB und Simulink. Darüber hinaus sollten die Methoden zur Analyse und Regelung kontinuierlicher Systeme aus den Vorlesungen „Systemdynamik und Reglerentwurf“ und „Mehr-größensysteme und digitale Regelung“ beherrscht werden.

Mehr Informationen:

Kontakt:  Kai Schenk

nach oben