Flachheitsbasierter Entwurf Von Mehrgrossenregelungen Am Beispiel Eines Brennstoffzellensystems

Die vorliegende Arbeit zeigt eine neue Verknupfung von flacher Vorsteuerung und Regler, die flachheitsbasierte Streckenkompensation. Bei dieser erfolgt die Aufschaltung der Reglersignale und deren Ableitungen auf die Solltrajektorien der Vorsteuerung. Im Idealfall kompensiert die flache Vorsteuerung das komplette nichtlineare System, womit der rein lineare Regler ubrigbleibt und die Verwendung linearer Entwurfswerkzeuge ermoglicht wird. Der Regelkreis des Konzepts kann weiterhin robust realisiert werden. Die aus Parameterunsicherheiten resultierende unvollstandige Kompensation wird als Restdynamik betrachtet, fur die zum einen eine obere Abschatzung als multiplikative Unsicherheit dient. Zum anderen kann sie als lineares Element mit zeitvarianten Unsicherheiten fur die lineare textmu-Analyse beschrieben werden. Die flachheitsbasierte Streckenkompensation kann zu einer exakten Linearisierung mit einem parallel geschalteten Systemmodell ohne Ausgangsruckfuhrung als Beobachter umgeformt werden. Damit stellt das neue Regelungskonzept eine Erweiterung der von Hagenmeyer vorgestellten Steuerungslinearisierung dar. Es wird daruber hinaus gezeigt, dass das vorgestellte Verfahren die flachheitsbasierte IMC-Regelung um einen Vorsteuerungsanteil erganzt. Die linearisierte Fehlerdynamik ermoglicht die Untersuchung der Stabilitat des geschlossenen, nichtlinearen Regelkreises entlang der Solltrajektorie. Das Konvergenzverhalten des zeitvarianten, linearen Systems mit Parameterunsicherheiten wird durch die polytope Darstellung und die Suche nach einer gemeinsamen Lyapunov-Matrix fur die Eckmatrizen analysiert. Das Regelungskonzept wird an einem Brennstoffzellenluftsystem fur einen Kfz-Antrieb angewendet und die Funktionsweise mit Hilfe von Messungen am Prufstand verifiziert.