Eigenstructure assignment for helicopter flight control

EThOS - Electronic Theses Online ServiceGBUnited Kingdo

Linear Parameter-Varying Control of Full-Vehicle Vertical Dynamics using Semi-Active Dampers

Semi-aktive Fahrwerke bergen im Vergleich zu passiven großes Potential zur Verbesserung wesentlicher Fahrzeugeigenschaften, wie Fahrkomfort, Straßenhaftung und Fahrverhalten. Die Ausnutzung dieses Potentials verlangt nach geeigneten Regelungsalgorithmen,welche das nichtlineare Eingangssignal-zu-Dämpferkraft Verhalten und die Passivitätsbeschränkung semi-aktiver Dämpfer berücksichtigen. Im Besonderen die Passivitätsbeschränkung impliziert enge, zustandsabhängige Aktuatorkraftbegrenzungen und sollte daher im Regelungsentwurf direkt berücksichtigt werden. Der Entwurf performanter semi-aktiver Fahrwerkregelungen stellt eine große Herausforderung dar, da Störungen aufgrund von Straßenunebenheiten und Lastwechseln unterschiedliche Anforderungen an die Regelung stellen, und zusätzlich in einer Gesamtfahrzeuganwendung auch ein Regelungsentwurf basierend auf einem Gesamtfahrzeugmodell benötigt wird. Im Gegensatz zu konventionellen viertelfahrzeug-basierten Fahrwerkregelungsansätzen, welche häufig in der Literatur zu finden sind, zielt der Gesamtfahrzeugregelungsansatz dieser Dissertation auf die explizite Berücksichtigung der Hub-, Wank und Nickbewegung des Aufbaus. Darüber hinaus ermöglicht der Gesamtfahrzeugansatz die Entwicklung von fehlertoleranten Reglern, welche die schwache Aktuatorredundanz der vier Dämpfer nutzen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit linear parameter-variablen (LPV) Regelungsmethoden zur Lösung des oben beschriebenen komplexen Regelungsproblems. Die Kraftbegrenzungen der semi-aktiven Dämpfer werden mittels Sättigungsindikatoren modelliert und diese dann als variable Parameter in den LPV Regelungsentwurf integriert. Zusätzlich wird der LPV Regler um eine Dämpferkraftrekonfiguration erweitert, so dass der Regler den Dämpferkraftverlust im Falle einer Dämpferfehlfunktion mit den verbleibenden gesunden Dämpfern kompensiert. Der Regelungsentwurf begegnet den unterschiedlichen Anforderungen von Straßen- und Lastwechselstörungen durch eine Zweifreiheitsgradregelung bestehend aus einem LPV Regler und einer LPV Vorsteuerung.Dabei fokussiert sich der LPV Regler auf die Verminderung des Effekts der Straßenunebenheiten und die LPV Vorsteuerung verringert den Effekt der Lastwechselstörungen. Auf diese Weise zeigt die Zweifreiheitsgradregelung das gewünschte Verhalten trotz dieser beiden konträren Störungen. Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Zweifreiheitsgradregelung wird durch Experimente auf einem Stempelprüfstand und durch Straßenversuche validiert. Die Ergebnisse zeigen eine Verbesserung des klassischen Zielkonflikts der Fahrwerksregelung zwischen Fahrkomfort und Straßenhaftung durch die LPV Gesamtfahrzeugregelung. Insbesondere erzielt die LPV Gesamtfahrzeugregelung eine 10 % ige Verbesserung von Fahrkomfort und Straßenhaftung im Vergleich zu einer Skyhook-Groundhook Gesamtfahrzeugregelung. Des Weiteren verdeutlicht ein Experiment mit einem simulierten Dämpferfehler die Vorteile der fehlertoleranten LPV Regelung. Abschließend wird anhand von Spurwechselversuchen die Wirksamkeit der LPV Vorsteuerung zur Verbesserung von Fahrkomfort, Straßenhaftung und Fahrverhalten bei dynamischen Lenkwinkeleingaben des Fahrers demonstriert

Process Control of Crushing Circuits

Kivenmurskaus on keskeinen osaprosessi kiviaineksen, metallien ja sementin tuotannossa. Murskaamalla tuotetut raaka-aineet muodostavat nykyaikaisen infrastruktuurimme perustan. Huolimatta merkittävästä roolistaan, kivenmurskaus on yksi harvoista teollisista prosesseista, jonka prosessinohjaus toteutetaan edelleen kokemusperäisesti, ilman luotettavaa mittaustietoa suoritettujen ohjaustoimien vaikutuksista. Nykykäytäntö altistaa murskausprosessit prosessivaihteluille ja –häiriöille, ja johtaa viime kädessä tehottomaan tuotantoon ja kapasiteetin vajaakäyttöön. Pääsyinä nykytilaan voidaan pitää murskausprosessien puutteellista anturointia ja tutkimustiedon puutetta korkeamman automaatioasteen tuomista hyödyistä. Tässä väitöskirjassa pyrittiin ratkaisemaan edellä mainittu ongelma automaattisen prosessinohjauksen avulla. Päätavoitteena oli kehittää säätömenetelmät murskauspiirin suorituskyvyn saattamiseksi lähelle parasta saavutettavissa olevaa tasoa. Tämä tutkimus perustuu mallipohjaiseen säädönsuunnittelumenetelmään. Systemaattinen suunnitteluprosessi alkoi säätötavoitteiden määrittelystä ja dynaamisten prosessimallien kehittämisestä. Kehitettyjen prosessimallien avulla luotiin säätötavoitteet täyttävä säätöstrategia ja viritettiin strategian vaatimat prosessisäätimet. Lopuksi simulointimallien avulla kehitetty ja testattu säätöstrategia implementoitiin osaksi laitoksen automaatiojärjestelmää ja sen suorituskyky arvioitiin täyden mittakaavan prosessikokeiden avulla. Tämä väitöskirja on osoittanut, että murskauspiirin tehokas ja tarkoituksenmukainen toiminta vaatii eri kahden säätötavan toteuttamista: massataseen säätö ja hienonnusmäärän säätö. Massatasesäädön tavoitteena on varmistaa 100 % käyttöaste murskauspiirin pullonkaulassa. Hienonnusmäärän säätö varmistaa halutun murskaimen tuotemateriaalin partikkelikokojakauman. Kehitetyt hienonnusmäärän säätömenetelmät perustuvat itseoptimoituvaan säätötapaan, joka mahdollistaa likimain optimaalisen suorituskyvyn käyttämällä säätimessä vakio-asetusarvoa. Kun tämä asetusarvo valitaan optimaalisesti, mahdollistaa esitelty ohjausstrategia parhaan saavutettavissa olevan murskauspiirin suorituskyvyn. Työn merkittävä tunnuspiirre on erityisen kattava empiria. Kehitetyt menetelmät testattiin kattavasti useissa erilaisissa tuotantoskenaarioissa ja prosessikonfiguraatioissa. Täyden mittakaavan prosessikokeiden tulokset vastasivat hyvin lähelle simulaatioilla saatuja tuloksia. Tämä väitöskirja on merkittävä edistysaskel murskausprosessien säädössä. Työn tuloksena kehitetyt mittaus- ja säätötavat mahdollistavat tehokkaamman ja tarkoituksenmukaisemman raaka-ainetuotannon. Työn tuloksilla voidaan olettaa olevan merkittävä vaikutus siihen, miten ja millä tavoin murskausprosesseja ohjataan tulevaisuudessa. Työssä kehitetyn murskauspiirin automaattisen säätöstrategian voidaan olettaa toimivan perustana tulevaisuuden murskausprosessien prosessiautomaatio-toteutuksille.Crushing is an essential high-volume processing stage in the production of aggregates, metals and cement. Crushed products form the basis of our modern infrastructure and therefore play a major role in the economic growth and welfare. Despite its significant role in society, crushing is one of the few remaining industrial processes that is currently being operated using belief-based manual control without the possibility to quantify the consequences of performed control actions. This practice makes crushing processes vulnerable to process variation and exposes them to inefficient production and capacity underutilization. The aim of this thesis is to address this deficiency by bridging the gap between theoretically possible and realized crushing circuit performance, by means of automatic process control. This thesis covers the entire model-based control system design procedure – from the formulation of control objectives and development of dynamic process model(s), through the development of control strategy, to the control system implementation and performance evaluation – for crushing circuits. Research has led to significant advances within crushing process measurement and control. Developed methods have been rigorously tested in various production scenarios and circuit flowsheets, using both dynamic simulations and full-scale experiments. Experiments revealed expected behavior with a significant increase in performance. The results have shown that the efficient operation of a crushing circuit requires addressing two control tasks: mass balance control and size reduction control. The objective of mass balance control is to guarantee 100 percent circuit utilization, whereas size reduction control ensures the desired degree of size reduction. The ideal degree of size reduction is determined empirically to maximize the value of the used KPI. The developed control strategy delivers near-maximum circuit performance. This thesis represents a major leap forward in the area of process control of crushing circuits. It has opened entirely new possibilities by making it possible to quantify the instantaneous performance of crushing circuits and by introducing the ability to ensure consistent and efficient long-term production. These major breakthroughs can have a significant impact on how crushing plants will be operated in the future. Developed standard control practice can be expected to serve as a basis for future control system implementations of industrial crushing circuits