Zusammenfassung
Diese Arbeit stellt eine innovative Power-Hardware-in-the-Loop-Entwicklungsplattform zur Prüfung von Bahnstromabnehmern vor. Ein echtzeitfähiges Finite-Elemente-Modell der Oberleitung wird formuliert, um deren relevante Dynamik um den Stromabnehmer-Kontakt effizient und genau darzustellen. Die Beschreibung in zugfesten, mitbewegten Koordinaten erlaubt es, das Rechengebiet deutlich zu kürzen. Unerwünschte Reflexionen hinauslaufender Wellenanteile an den Rändern werden durch ein leistungsfähiges Konzept zur Aufprägung absorbierenden Randverhaltens vermieden. Ein modellprädiktiver Impedanzregler emuliert die virtuelle Fahrleitungsdynamik auf dem realen Stromabnehmerprüfstand in Echtzeit.
Abstract
This work proposes an innovative Power-Hardware-in-the-Loop development platform for the testing of railway current collectors. A real-time-capable finite-element model of the catenary is formulated to describe its relevant dynamics around the pantograph contact efficiently and accurately. The description in train-fixed, moving coordinates allows the computational domain to be shortened considerably. Unwanted reflections of outgoing wave components at the edges are suppressed by an efficient absorbing boundary control approach. A model-predictive impedance controller emulates the virtual catenary dynamics on the real pantograph test bench in real time.
Funding source: Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft
Award Identifier / Grant number: 841331
Funding statement: Diese Arbeit wurde teilweise durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft im Rahmen des geförderten Forschungsprojekts Nr. 841331 finanziert.
Über die Autoren
Alexander Schirrer studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Wien (Diplom 2007, Dissertation 2011) und vollendete seine Habilitation 2018 im Fachgebiet der Systemdynamik und Regelungstechnik. Seine Forschungsaktivitäten umfassen insbesondere Modellierung, Simulation, Regelung und Optimierung komplexer und verteiltparametrischer Systeme.
Guilherme Aschauer vollendete sein Diplomstudium im Maschinenbau an der Technischen Universität Wien 2014 und verfolgt seither sein Dissertationsvorhaben an der TU Wien und bei der Siemens Mobility Austria GmbH zum Thema Pantographen-Prüfstand mit Echtzeit-Oberleitungsemulation.
Martin Kozek absolvierte die Studienrichtung Maschinenbau an der Technischen Universität Wien (Diplom 1993, Dissertation 1998) und vollendete seine Habilitation 2009 (Regelungstechnik und Systemdynamik). Seine Forschungsthemen beinhalten nichtlineare Systemidentifikation sowie robuste und prädiktive Regelung in zahlreichen Anwendungen von der Mechatronik bis zur Prozessregelung.
Stefan Jakubek studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Wien (Diplom 1997, Dissertation 2000) und vollendete seine Habilitation 2007 in Regelungstechnik und Systemdynamik ebenfalls an der TU Wien. Von 2007 bis 2009 war er Entwicklungsleiter des Bereichs Hybrid Powertrain Calibration and Battery Testing Technology bei AVL List GmbH, Graz, Österreich. Er ist derzeit Professor und Vorstand des Instituts für Mechanik und Mechatronik an der Technischen Universität Wien. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen Regelungstechnik, Fehlerdiagnose, Identifikation nichtlinearer Systemdynamik sowie Simulationstechnologien.
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