Wasserkonditioniereinheiten dienen der Versorgung von Fahrzeugteilen mit dem benötigten Kühlwasser auf Fahrzeug-Prüfständen. Innerhalb definierter Grenzen kann die Temperatur, der Volumenfluss und der Druck des Kühlmediums eingestellt werden. Die Inbetriebnahme der Temperaturregelung solcher Anlagen stellt dabei ein zeitintensives Unterfangen dar und erzeugt oftmals nur ein unzureichendes Ergebnis. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Parameter des verwendeten PID-Reglers automatisiert zu berechnen. Dies soll durch Verwendung eines thermischen Modells der Anlage erfolgen, welches automatisiert identifiziert wird. Die notwendigen Applikationen werden dabei mittels Matlab®/Simulink® umgesetzt und anschließend in einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeführt. Im ersten Schritt werden die Einflüsse auf das thermische Verhalten mittels Versuchen an der Anlage ermittelt. Folgend wird ein thermisches Modell aus den physikalischen Zusammenhängen erstellt. Hierzu werden die einzelnen Anlagenteile in ihre Zustandsraumdarstellung überführt. Für die Parameter des thermischen Modells wird im folgenden ein Identifikationsverfahren implementiert, welches auf Grundlage eines rekursiven Least Squares Algorithmus und der Linearisierung der Temperaturverläufe basiert. Abschließend werden mit Hilfe des identifizierten Modells und den Chien-Hrones-Reswick Einstellregeln die Parameter des Temperaturreglers automatisiert berechnet. Die Validierung des Anlagemodells und des Identifikationsverfahrens zeigt dabei, dass das dynamische Verhalten mittels des identifizierten Modells nachgebildet werden kann. Die automatisch berechneten Reglerparameter ermöglichen einen stabilen Betrieb der Temperaturregelung und können als Startwerte für weitere Optimierungen herangezogen werden. Im Vergleich zur händischen Parametrierung des Reglers kann die Inbetriebnahmezeit auf wenige Stunden reduziert und die Regelgüte auf ein konstantes Niveau gebracht werden.

Pufferlösungen sind in pharmazeutischen Prozessen unerlässlich, um einen stabilen pH-Wert gewährleisten zu können und die Stabilität sowie Wirksamkeit von Arzneimitteln während ihrer Herstellung und Lagerung zu sichern. Systeme zur Herstellung Pufferlösungen mischen Stammlösungen eines bestimmten Salzes mit einer bestimmen Säure und einem großen Anteil an Reinstwasser, um die charakteristische Fähigkeit zu erlangen, Säure-Base-Stöße ausgleichen zu können. Die konventionelle Produktion und anschließende Lagerung erfolgt in relativ großen Tanks von bis zu 20 Kubikmetern, notwendigerweise wegen des hohen Massenverhältnisses (bis zu 10.000:1) zwischen Pufferlösung und Endprodukt. Diese Methode beansprucht deswegen einen erheblichen Flächenanteil und zugleich konnten wertvolle Ressourcen bei einer Inline-Produktion eingespart werden. Das Ziel dieser Arbeit ist, die benötigten Stammlösungen in einem kontinuierlichen Prozess in ausreichender Güte mischen zu können, um das Potenzial in Zeitreduktion und Ressourceneinsparung auszureizen. Die vorgegebenen Toleranzgrenzen erfordern eine genaue Regelung der Dosierungskomponenten, um die Anforderungen an den pH-Wert und den Salzgehalt zu erreichen. Eine geeignete Strategie und die passenden Parameter für die PID-Regler sind notwendig, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Ein Prototyp im kleineren Masstab dient Test- und Verifizierungszwecken. Um die gewünschten Ziele zu erreichen, wird die gesamte Anlage modelliert und in ihrem physikalischen Verhalten analysiert sowie regelungstechnisch formuliert. Jede relevante Komponente des Regelkreises wird untersucht und mathematisch beschrieben, um den realen Prozess so nahe wie möglich abbilden zu können. Die identifizierten Parameter für die Pilotanlage und die Validierung des Prozessmodells werden durch die Funktionalität der Internal Model Control (IMC)-Strategie für das Mehr-größen-System unter Beweis gestellt. Diese ist für Systeme mit großer Transportzeit ein entscheidender Faktor und ein Maß für die Qualität der Regelung und dessen Modellierung.

Diese Masterarbeit untersucht die Möglichkeit, die auftretenden Massenträgheiten und Verluste an einem Back-2-Back-Prüfstand für definierte Prüfläufe mit Hilfe von zusätzlichen Antriebselementen auszugleichen. Der aktuelle Prüfstandsaufbau besteht aus zwei elektrischen Antriebsachsen (den Prüflingen), welche über Wellenverbindungen und zwei Koppelgetriebe mechanisch miteinanderverbunden sind. Im aktuellen Prüfaufbau erfolgt die Massenträgheits- und Verlustkompensation durch die Prüflinge selbst, welche dadurch unterschiedliche Lastzustände aufweisen. Diese ungleiche Belastung widerspricht dem grundsätzlichen Testinteresse, einen Prüfling gegen den anderen Prüfling mit jeweils gleicher Last zu betreiben. Die Problem- bzw. Fragestellung dieser Arbeit ist es zu prüfen, ob diese Massenträgheit- und Verlustkompensation durch eine Erweiterung des Prüfstandsaufbaus von zusätzlichen Antriebselementen getragen werden kann. Das Konzept dieser Arbeit ist es, an den beiden Koppelgetrieben zusätzliche elektrische Motoren anzubringen, welche den Prüfaufbau beschleunigen und verzögern können und somit die Massenträgheiten und Verluste kompensieren. Für den aktuellen Prüfstandsaufbau wird ein Modell in MATLAB/Simulink auf Basis der theoretischen Herleitungen von Massenschwingersystemen erstellt. Die notwendigen Modellparameter werden aus vorhandenen Messdatenaufzeichnungen des realen Prüfstands identifiziert und die Simulationen der erstellten Modelle werden gegen diese realen Messdatenaufzeichnungen bzw. gegen die anderen Modelle validiert. Als Ergebnis der Modellerstellung steht ein robustes Modell, das auch unter der Annahme gewisser Vereinfachungen in der Lage ist, den realen Prüfstand mit definierten Prüfabläufen zu simulieren. Darauf aufbauend wird die Erweiterung mit zusätzlichen Antriebselementen im Modell durchgeführt und geeignete PI-Regler mit Vorsteuerung entworfen. Das entworfene Simulationsmodell fährt abschließend den gleichen Prüflauf wie der reale Prüfstand ab, und die Daten aus der Simulation werden mit den Messdaten verglichen. Dabei können beide Prüflinge drehmomentgeregelt betrieben werden, die Drehzahlregelung für den Prüflauf erfolgt durch die zusätzlichen elektrischen Motoren im Modell, welche auch die Massenträgheits- und Verlustkompensation für den Prüflauf tragen. Für die Simulation wird ein stabiles, aber dennoch vereinfachtes Modell verwendet. Die Ergebnisse der Simulation mit den Prüfstandserweiterungen bestätigen die Hypothese, dass die parasitären Trägheits- und Verlusteffekte durch den Aufbau zusätzlicher Antriebselemente weitgehendkompensiert werden können. Außerdem wurde für die definierten Prüfläufe ein besseres Verhalten, sowohl hinsichtlich Dynamik als auch hinsichtlich Stabilität festgestellt. Zusätzlich wird im Ergebnisteil die Möglichkeit diskutiert, die Prüfstandsseiten gezielt mit unterschiedlicher Drehzahl, wie z.B. bei einer Kurvenfahrt, zu betreiben. Diese Arbeit gibt abschließend noch die Empfehlung, die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen am realen Prüfstand zu testen, sowie in das reale Prüfstandssystem zu integrieren. Weiters sollte die Prüfstandserweiterung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit bzw. Rentabilität bewertet werden.