Regelung und Identifikation aktiver mechanischer Strukturen mit adaptiven digitalen Filtern

Mechanische Leichtbaustrukturen besitzen eine hohe Anfälligkeit gegenüber Vibrationen, die zu störender Schallabstrahlung oder Schädigungen von Bauteilen führen können. Zur Lösung dieses Problems stellt die aktive Schwingungskompensation mit Hilfe adaptiver digitaler Regler ein leistungsfähiges Konzept dar. Diese Arbeit hat das Ziel, entsprechende Algorithmen für diese Aufgabe anzupassen und zu erweitern. Ihre praktische Anwendbarkeit wird untersucht, wobei auch Kriterien wie Robustheit, Stabilität und Rechenaufwand betrachtet werden. Da das Problem der Reglerentwicklung eng mit dem der Systemidentifikation verknüpft ist, werden beide gemeinsam behandelt. Zunächst wird ein geeignetes Modell einer aktiven Struktur unter Einbeziehung von Aktoren, Sensoren und Störgrößen ermittelt, und die Eigenschaften notwendiger Komponenten des Regelsystems wie Filter und Verstärker werden diskutiert. Darauf aufbauend werden verschiedene Konzepte zur adaptiven Schwingungskompensation vorgestellt, wobei Steuerungen mit Störgrößenaufschaltung und Regelungen, die die Störgröße schätzen, berücksichtigt werden. Weiterhin werden modale Regelungskonzepte diskutiert. Sie erlauben die separate Regelung einzelner Freiheitsgrade der aktiven Struktur und verringern die Rechenleistung eines adaptiven Regelkonzepts deutlich. Zur Identifikation mit adaptiven digitalen Filtern werden neben den transversalen und rekursiven Filtern auch orthonormale Filterbänke untersucht, die eine Einbindung von Vorwissen über die Eigenschaften der Struktur ermöglichen. In numerischen Berechnungen und Simulationen wird die Eignung solcher Filter zur Identifikation aktiver Struktursysteme untersucht und mit anderen Filterstrukturen verglichen. Auf Basis der untersuchten Algorithmen werden adaptive Filtersysteme zur Systemidentifikation und Schwingungsreduktion für zwei verschiedene Versuche implementiert. Zum einen wird die Schwingungsentkopplung mit Hilfe eines aktiven Interfaces untersucht, zum anderen die Schwingungsreduktion an einer aktiven Plattenstruktur. Im Versuch werden verschiedene Systeme verglichen und hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit überprüft