Elektrotechnik/Informationstechnik

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Modulhandbuch

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Regelung und Programmierung mobiler Systeme

Empfohlene Vorkenntnisse

Modul Numerische Software und Systemsimulation

Modul Simulation elektrischer Schaltungen

Modul Elektromobilität

Vorlesungen Elektrische Antriebe 1 und 2

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen
  • Die Studierenden lernen die besonderen Herausforderungen der Steuerung und Regelung von elektrischen Antriebssystemen im Kontext der Elektromobilität kennen. Hauptaugenmerk liegt hierbei auf praktischen Aspekten, wie der Varianz von Systemparametern oder der Ungenauigkeit von Sensordaten. Die Studierenden sind durch die Veranstaltung in der Lage ihr Wissen zur Entwicklung von  Regelungsalgorithmen zu nutzen.
  • Die Studierenden sind in der Lage das übliche Softwareframework Robot operating System (ROS) für den Einsatz mobiler Robotiksysteme einzusetzen.
  • Es liegt bei den Studierenden ein Verständnis für die Notwendigkeit von Simulation und Softwareentwurf vor.
  • Die Studierenden können reale Szenarien autonomer mobiler Systeme, wie die simultane Kartierung und Lokalisierung (SLAM) oder die zustandsautomatenbasierte Steuerung implementieren.
  • Die Studierenden haben eine mentale Karte für den Einsatz verschiedener Sensorik und die Fusion dieser mit Hilfe von Karten oder Schätzalgorithmen.
Dauer 2
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 90h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90h
Workload 180h
ECTS 6.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Klausur K90 + Laborarbeit Regelung von Antriebssystemen in der Elektromobilität. Laborarbeit Labor autonome und mobile Systeme. 

Regelung von Antriebssystemen in der Elektromobilität mit Labor: Klausur K90+Labor (100% Klausur, Labor unbenotet) gilt als Vorleistung für die Klausur. Labor Autonome mobile Systeme muss m. E. attestiert sein.

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Christian Klöffer

Empf. Semester EI-06/ EI-07
Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Verwendbarkeit

Zweiter Studienabschnitt Studiengänge EI, EI-plus, EI-3nat, MKA

Veranstaltungen

Regelung von Antriebssystemen in der Elektromobilität mit Labor

Art Vorlesung/Labor
Nr. EMI853
SWS 4.0
Lerninhalt

Aufbau des „Regelungssystems E-Motor” im Fahrzeug

Notwendige Messdaten und Sensoren

Herausforderungen bei der Maschinenregelung

  • Charakterisierung von elektrischen Maschinen
  • Berechnung von Stromtabellen zur Drehmomentvorgabe
  • Kompensation von Parameterungenauigkeiten

Sonderfunktionen

  • Anti-Jerk-Regelung
  • Torque-Vectoring
  • Power-Waste zum Batterieheizen

Potentiale einer FPGA-basierten Regelung

Aufgabe der Vehicle-Control-Unit

Fehlertolerante Regelung

  • Prädiktive Ansätze
  • Sensorlose Ansätze
Literatur
  • Nuß, U., „Hochdynamische Regelung elektrischer Antriebe”, 2. Auflage, VDE VERLAG GmbH, 2017
  • Schröder, D., „Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen”, 4. Auflage, Springer Vieweg, 2015
  • Doppelbauer, M., „Grundlagen der Elektromobilität: Technik, Praxis, Energie und Umwelt”, 1. Auflage, Springer Vieweg, 2020
  • weitere aktuelle Literatur (insbesondere wissenschaftliche Veröffentlichungen) wird zusätzlich in der Vorlesung bekannt gegeben

Labor autonome mobile Systeme

Art Labor
Nr. EMI854
SWS 2.0
Lerninhalt

Das Labor vermittelt praktische Kenntnisse in der Programmierung und dem Entwurf autonomer mobiler Systeme.

  • Hierzu wird zunächst in zwei Einheiten das Robot operating System (ROS), eine in Forschung und Industrie populäre Middleware vorgestellt. Anschließend erfolgt die Anwendung von ROS an einer mobilen Plattform, dem Turtlebot 3, in Kleingruppen. Hierfür sind drei Labornachmittage vorgesehen:
  • Nutzung von ROS mit einem simulierten Turtlebot (Physiksimulation mit Gazebo). Starten und Nutzen von ROS-Programmen, Aufzeichnung von Daten.
  • Lokalisierung und Kartierung einer Laborstrecke mit Hilfe des mobilen Roboters. Einsatz von SLAM-Verfahren zur Kombination von Raddrehzahl, IMU und Laserscandaten.
  • Einbau eines Ultraschallsensors. Programmierung des US-Treibers, Programmierung eines ROS-Topics für die autonome Fahrt des mobilen Roboters.
  • Abschluss von Labornachmittag 3 In demletzten Labornachmittag soll mit Hilfe von MATLAB/Simulink ein Fluglageregler auf eine autonome Drohne übertragen werden und diese gesteuert und parametriert
    werden.
Literatur
  • A. Martinez, E. Fernandez, Learning ROS for Robotics Programming, Packt Publishing, 2013
  • A. Koubaa, Robot Operating System (ROS): The Complete Reference (Volume 3), Springer, 2019
  • W. Pietruszka, MATLAB und Simulink in der Ingenieurpraxis, 4te Auflage, Springer Vieweg, 2014 

 

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