Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der bestehenden Methoden zur Modellierung und Regelung von adaptronischen Systemen. Im Fokus stehen Schall- und Schwingungsprobleme, welche mit den Konzepten der interdisziplinären Forschungsrichtung Adaptronik erfolgreich bearbeitet werden können.
Es wird dabei zunächst theoretische Modellbildung genutzt, um die grundlegenden Systemeigenschaften und auch solche, welche für den Reglerentwuf von Bedeutung sind, herauszuarbeiten. Illustriert wird dieses Vorgehen an einem generischen Demonstrator, welcher sowohl elektromechanische als auch mechanisch-akustische Kopplungen aufweist. Da jedoch eine rein theoretische Modellierung von komplexen Systemen im Allgemeinen nicht die Genauigkeitsanforderungen für einen nachfolgenden Reglerentwurf erfüllt, stellt die experimentelle Modellbildung einen Schwerpunkt dieser Arbeit dar. Es wird dazu ein Verfahren vorgestellt, welches es ermöglicht, Modelle von linearen zeitinvarianten Systemen mit vielen Resonanzen in Verbindung mit der zugehörigen Modellunsicherheit zu identifizieren. Hierzu ist nur ein Minimum an einschränkenden Annahmen notwendig.
Basierend auf diesen Modellen inklusive der Modellunsicherheiten wird eine allgemein anwendbare und leistungsfähige Methodik zum Entwurf von Mehrgrößenreglern zur aktiven Schwingungsdämpfung vorgestellt. Dafür wird auf die ausgereifte Theorie des H2-optimalen Reglerentwurfs zurückgegriffen und die Regler so entworfen, dass die Regelkreise robuste Stabilität bzgl. der zuvor identifizierten Modellunsicherheiten aufweisen. Dieser robuste und optimale Mehrgrößenentwurf zur Schwingungsdämpfung bietet Vorteile gegenüber dem vorherrschenden Entwurf von Eingrößenreglern in Bezug auf Regelgüte und Anzahl der Freiheitsgrade.
Die zusätzlichen Freiheitsgrade eines Mehrgrößenreglers sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn nicht nur die Größe der Schwingungsamplituden, sondern auch die Schwingformen im geschlossenen Regelkreis von Bedeutung sind. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn die Schallabstrahlung einer Struktur geregelt werden soll. Geschieht dies ausschließlich anhand von strukturdynamischen Mess- und Stellgrößen, so bezeichnet man dies in der englischen Fachliteratur als active structural acoustic control, welches den zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit darstellt. Ein wirksames Werkzeug zur Beschreibung der Schallabstrahlung einer schwingenden Struktur ist die sogenannte Leistungsübertragungsmatrix. Diese frequenzabhängige Matrix ermöglicht die Berechnung der abgestrahlten Schallleistung anhand der Kenntnis der Strukturbewegung. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur experimentellen Bestimmung der Leistungsübertragungsmatrix vorgestellt, welches keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Geometrie der Struktur oder des akustischen Umfelds aufweist. Mit Hilfe dieser Matrix ist es möglich, die robuste und optimale Schwingungsregelung auf die Regelung der abgestrahlten Schallleistung zu erweitern. Es wird ebenfalls gezeigt, dass dieses Verfahren zur Regelung der Abstrahlung ins Freifeld mit kleinen Modifikationen auch auf die Regelung des Schalleintrags in einen geschlossenen Raum angewendet werden kann. Sämtliche Modellbildungs- und Reglerentwurfsverfahren, die in dieser Arbeit präsentiert werden, werden durch Simulationen und Experimente validiert. | German |