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Robustheitsanalyse einer 2-Freiheitsgrade Linear Quadratisch Gaußschen Positionsregelung (2DOF LQG Regelung) des Vorderachsaktuators eines Steer-by-Wire Lenksystems

Blockschaltbild © RST​/​TU-Dort­mund
Darstellung in Diagrammen © RST​/​TU-Dort­mund

Die Steer-by-Wire (SbW) Lenkung ist eine Schlüsseltechnologie für hochautomatisiertes Fahren. Für die automatisierte Fahrzeugquerführung ist eine präzise Positionsregelung des SbW Vorderachsaktuators wesentliche Voraussetzung. Um die hohen An­for­de­run­gen an die Führungsfolge, Störunterdrückung, Stabilität und Robustheit der Regelung zu erfüllen wurde eine Zwei-Freiheitsgrade Linear Quadratisch Gaußsche Positionsregelung (2DOF LQG Regelung) ent­wickelt. Diese er­mög­licht es, die Dynamik des Führungsverhaltens und des Störverhaltens unabhängig voneinander zu ge­stal­ten.

Da der Reglerentwurf typischerweise für ein nominales Regelstreckenmodell durch­ge­führt wird, stellt sich die Fra­ge, ob die Stabilität und die Regelgüte ebenso im Fall von Streckenunsicherheiten ga­ran­tiert sind. Zur sys­te­ma­tisch­en Un­ter­su­chung dieser Fra­ge­stel­lung wurden Unsicherheitsmodelle für parametrische und dynamische Streckenunsicherheiten definiert und in den geschlossenen Regelkreis eingeführt. Weiterhin wurden Per­for­mance An­for­de­run­gen an das Führungs- und Störübertragungsverhalten in Form von Gewichtsfunktionen im Frequenzbereich modelliert und eben­falls dem geschlossenen Regelkreis hinzugefügt. Der sich so ergebende unsicherheitsbehaftete geschlossene Regelkreis bildet die Grundlage für eine systematische Überprüfung der robusten Stabilität und der robusten Regelgüte mittels der mu-Analyse. Hierbei wird über die Lö­sung eines Optimierungsproblems die kleinste normierte Störung bestimmt, die zur Instabilität des geschlossenen Regelkreises und zur Verletzung der Per­for­mance An­for­de­run­gen führt. Der Reziprokwert dieser Störung wird als strukturierter Singulärwert (mu) bezeichnet. In eingehenden Un­ter­su­chun­gen konnte gezeigt wer­den, dass der Peak mu-Wert über den ge­sam­ten Frequenzbereich kleiner als 1 ist und somit die robuste Stabilität sowie die robuste Regelgüte für die entworfene 2DOF LQG Positionsregelung ga­ran­tiert sind.

Anfahrt & Lageplan

Der Cam­pus der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dort­mund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dort­mund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Cam­pus Süd, die Abfahrt Dort­mund-Dorstfeld auf der A40 zum Cam­pus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Uni­ver­si­tät ausgeschildert.

Direkt auf dem Cam­pus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dort­mund Uni­ver­si­tät“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dort­mund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duis­burg. Außerdem ist die Uni­ver­si­tät mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, au­ßer­dem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

Vom Flughafen Dort­mund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dort­mun­der Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Uni­ver­si­tät. Ein größeres Angebot an inter­natio­nalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Ki­lo­me­ter entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Uni­ver­si­tät zu erreichen ist.

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zu­dem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.