The model-theoretic complexity of automatic linear orders. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - xiii, 228 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
ISBN 978-3-86360-127-0
Automatische Strukturen sind auf dem Forschungsgebiet "Logik in der Informatik" seit etwa 15 Jahren ein viel beachtetes Thema. Eine Struktur ist automatisch, wenn ihre Trägermenge, ihre Relationen und ihre Funktionen allesamt durch endliche Automaten auf Wörtern oder Bäumen erkennbar sind. Insbesondere sind derartige Strukturen endlich darstellbar. Die Hauptmotivation zur Untersuchung automatischer Strukturen liegt in der uniformen Entscheidbarkeit ihrer prädikatenlogischen Theorien erster Stufe. In dieser Dissertation untersuchen wir die modelltheoretische Komplexität automatischer linearer Ordnungen bezüglich der zwei Komplexitätsmaße Kondensationsrang und Ramsey-Grad. Der Kondensationsrang einer linearen Ordnung misst ihre Abweichung von der Eigenschaft der Dichtheit durch eine Ordinalzahl. Unsere Hauptergebnisse in diesem Zusammenhang leiten für verschiedene Begriffe von Automatizität optimale obere Schranken für die Kondensationsränge automatischer linearer Ordnungen her. Dabei liegt der Fokus vor allem auf Teilklassen automatischer Strukturen, die die zugrundeliegenden Trägermengen anhand sprachtheoretischer Eigenschaften einschränken. Des Weiteren zeigen wir, dass die Trennlinie zwischen wort- und baumautomatischen verteilten linearen Ordnungen auch vermittels des Kondensationsranges gezogen werden kann. Eine Anwendung dieses Ergebnisses ermöglicht uns eine teilweise Lösung des Isomorphieproblems für baumautomatische Ordinalzahlen. Der Ramsey-Grad einer Ordinalzahl misst ihre modelltheoretische Komplexität mithilfe von Partitionsrelationen aus der kombinatorischen Mengenlehre. Wir untersuchen dieses Konzept sowohl aus rein mengentheoretischer Sicht als auch im Kontext automatischer Strukturen. Im mengentheoretischen Fall zeigen wir, dass alle Ordinalzahlen unterhalb von omega^omega einen endlichen Ramsey-Grad besitzen und geben einen Bereich von Ordinalzahlen oberhalb von omega^omega an, deren Ramsey-Grade unendlich sind. Die Ergebnisse im automatischen Fall sind sehr ähnlich, mit Ausnahme der Tatsache, dass die Ramsey-Grade aller Ordinalzahlen oberhalb von omega^omega unendlich sind. Zu guter Letzt schließen wir diese Dissertation mit dem Beweis einer baumautomatischen Version des Satzes von Ramsey ab.
Naming and adress resolution in heterogeneous mobile ad hoc networks. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - xvi, 177 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
ISBN 978-3-86360-129-4
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Adressierung und Adressauflösung in heterogenen Kommunikationsnetzen. Die Anwendungsfälle für die Motivation des Themas stellen Katastrophenszenarien wie Naturkatastrophen oder Terroranschläge dar. Nach solchen Ereignissen kann die Infrastruktur und speziell die Kommunikationsinfrastruktur teilweise oder ganz beschädigt sein. Um trotzdem eine funktionierende Kommunikation sicherzustellen, die sowohl für die Einsatzkräfte wie auch für die Opfer unerlässlich ist, können sogenannte Mobile Ad-hoc-Netze (MANET) zum Einsatz kommen. Die Benutzung dieser infrastrukturlosen Vernetzung verlangt aber die weitgehende Eliminierung von zentralen Einheiten. Daraus resultierend befasst sich die Dissertationsschrift mit der Ersetzung des in Infrastrukturnetzen gebräuchlichen Domain Name Systems (DNS) durch eine MANET-taugliche Alternative. Zusätzlich wurde durch die Einführung einer den Knoten identifizierenden Adressschicht die Notwendigkeit zur Auflösung der Identitäten zu den lokalen, vom Internet Protokoll (IP) eingesetzten, Adressen gegeben.Das in der Arbeit vorgestellte dezentrale System zur Namensauflösung basiert vollständig auf den eingesetzten Wegewahlprotokollen. Durch eine strikte Integration der Funktionalität der Namensauflösung in das Routing kann komplett auf zentrale Einheiten verzichtet werden. Die Lösung wird weiterhin kombiniert mit einem adaptiven Routingkonzept, welches es Knoten ermöglicht, während der Laufzeit von einem Routingprotokoll zum anderen zu wechseln. Dies bietet eine bessere Reaktionsmöglichkeit auf Änderungen des Szenarios und dadurch eine erhöhte Performanz für die Wegesuche und die Namensauflösung. Der konzipierte und im Click Modular Router (Click) implementierte Ansatz wird weiterhin im Laufe der Arbeit evaluiert und auf die Performanz bezüglich des zusätzlich generierten Verkehrs, der Zeitverzögerung bis zur Auflösung eines Namens zu einer Adresse und der Erfolgsrate getestet. Hierzu werden Simulationen mit dem Netzwerksimulator 3 (ns-3) durchgeführt.Im letzten Teil der Arbeit werden drei mögliche Erweiterungen des präsentierten Systems gezeigt. Die erste zielt auf die Verbesserung der Performanz durch Hashing des aufzulösenden Namens. Die zweite Erweiterung beschäftigt sich mit der Realisierung eines Dienstlokalisierungsmechanismus, basierend auf dem System zur Namensauflösung. Zusätzlich wird die Erweiterung hin zu einer Standort-sensitiven Namensauflösung bzw. Dienstlokalisierung aufgezeigt.
Plasma-assisted synthesis of hydrogenated TiO 2 for energy storage and conversion. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2015. - XXII, 96 S.. - (Werkstofftechnik aktuell ; 14) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
ISBN 978-3-86360-125-6
Titandioxid (TiO 2) wird bereits häufig in den Bereichen Energiespeicherung und -umwandlung eingesetzt. Aufgrund der begrenzten Solarabsorption, Ladungsübertragungsgeschwindigkeit und elektrochemischer Aktivität ist die Leistung des TiO 2 allerdings wesentlich niedriger als es für die praktische Anwending erforderlich ist. In dieser Studie wird hydriertes TiO 2 (H-TiO 2) mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften durch Wasserstoff (H 2)-Plasmabehandlung kontrolliert hergestellt, welches hervorragende Leistungen in der Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien, Fotokatalyse und fotothermischer Umwandlung aufweist. Darüber hinaus werden die Mikrostrukturen des H-TiO 2 und die Abhängigkeit der Anwendungsleistung des H-TiO 2 von den Vorliegenden Mikrostrukturen umfassend untersucht. Diese Studie bietet neue Erkenntnisse über Synthese, Eigenschaften und Anwendungen von H-TiO 2, durch welche die Entwicklung leistungsfähiger und vielseitiger TiO 2-Materialien für die Energiespeicherung und -umwandlung ermöglicht werden kann. Erstens werden hydrierte Anatas TiO 2-Nanopartikel mit deutlich verbesserter Speicherleistung von Lithium-Ionen durch eine Hochtemperatur (390 ˚C) H 2-Plasmabehandlung in hergestellt. Die systematische elektrochemische Analyse zeigt, dass sich aus dem verbesserten Beitrag der pseudokapazitiven Lithium-Speicherung auf der Partikeloberfläche eine verbesserte Leistungsdichte von H-TiO 2 ergibt. Es wird gezeigt, dass die ungeordneten Oberflächenschichten und die vorliegenden Ti 3+ -Spezies von H-TiO 2 eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der pseudokapazitiven Lithiumspeicherung spielen. Zweitens erfolgt eine schnelle Synthese des H-TiO 2 mit unterschiedlichem Hydrierungsgrad durch Hochleistungs-H 2-Plasmabehandlung. Dessen fotokatalytische Aktivitäten werden mit Hilfe von Methylenblau (MB)-Degradation und CO 2-Reduktion in wässrigen und gasförmigen Medien ausgewertet. Im Vergleich zum ursprünglichen TiO 2 zeigt das leicht hydrierte TiO 2 (s-H-TiO 2) eine weiße Färbung und eine verbesserte Fotoaktivität, während das graue oder schwarze H-TiO 2 mit höherem Hydrierungsgrad (h-H-TiO 2) eine viel schlechtere katalytische Leistung aufweist. Wie weitere Untersuchungen gezeigt haben, stellen das höhere Verhältnis der gefangenen Löcher (O - -Zentren) und die niedrige Rekombinationsrate, welche durch die Erhöhung der Oberflächendefekte verursacht sind, die kritischen Faktoren für die hohe Aktivität von s-H-TiO 2 dar. Im Gegensatz dazu besitzt das h-H-TiO 2 eine hohe Konzentration an Gitterdefekten, was zu einer signifikant verringerten Menge an O-Zentren und der vergrößerten strahlungslosen Rekombination führt. Dadurch sinkt die Fotokatalyseaktivität deutlich. Drittens wird das hydrierte schwarze TiO 2 mit großer Infrarotabsorption (aufgrund seiner erheblich vergrößerten, strahlungslosen Rekombination) für die fotothermische Tumortherapie untersucht. Um die Stabilität der Suspension zu verbessern, wurden die H-TiO 2-Nanopartikel (NP s) mit Polyethylenglycol (PEG) beschichtet. Nach PEG-Beschichtung zeigen die H-TiO 2 NP s einen erhöhten fotothermischen Umwandlungswirkungsgrad von 40,8% und eine gute Suspensionsstabilität im Serum. Der Therapieeffekt von H-TiO 2-PEG NP s zeigt, dass dieses Material eine geringe Toxizität besitzt und MCF07- sowie 4T1-Tumorzellen (transplantierbaren Tumorzellen des menschlichen Brustgewebes) unter Infrarotstrahlung effektiv abtöten kann. Zusätzlich werden Si (core) / N-dotiertes TiO 2 (shell) Nanopillar-Arrays mit einer nanoporösen Struktur durch ein einfaches, proteinvermittelndes TiO 2-Abscheidungsverfahren hergestellt. Dieses Ergebnis kann als ein fortschrittlicher Ansatz für die großtechnische Herstellung der H-TiO 2 basierten Nanokompositen angesehen werden.
Zur Mechanik vibrationsgetriebener Roboter für terrestrische und aquatische Lokomotion. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2015. - XIX, 149 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
ISBN 978-3-86360-124-9
Der Gegenstand der Arbeit ist die Mechanik von mobilen Robotern für terrestrische und aquatische Lokomotion. In den untersuchten Systemen wird die periodische Erregung eines inneren Antriebs durch nicht symmetrische Systemeigenschaften in eine gerichtete Fortbewegung gewandelt. Eine zweidimensionale Steuerbarkeit der Systeme wird durch frequenzabhängige mechanische Eigenschaften erreicht. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der mathematisch-mechanischen Beschreibung der Roboter mittels analytischer und numerischer Methoden sowie ihrer experimentellen Untersuchung. Prototypen mobiler Roboter dienen dem funktionellen Nachweis. Auf Basis von mechanischen Grundlagen werden terrestrische und aquatische Lokomotionsarten vorgestellt und klassifiziert. Mit Blick auf die praktische Realisierung von mobilen Robotern für unterschiedliche Umgebungsbedingungen werden Antriebssysteme in ihrer Eignung als Vibrationsquellen bewertet. Piezoelektrische Antriebe besitzen dabei besonderes Potential. Eine umfassende Analyse des Standes der Technik zeigt die Anwendbarkeit von vibrationsgetriebener Lokomotion für miniaturisierte technische Anwendungen. Systeme mit Borsten dienen der unidirektionalen terrestrischen Lokomotion. Mittels eines Mehrkörpersystemmodells und experimentellen Untersuchungen werden die verschiedenen Wirkungsmechanismen analysiert. Ein Prototyp für die Fortbewegung in Röhren wird vorgestellt. Für eine steuerbare zweidimensionale Lokomotion mit nur einem Antrieb müssen die Grenzen von klassischen Starrkörpersystemen überwunden werden. Der verfolgte Lösungsansatz nutzt das frequenzabhängige Schwingungsverhalten von elastischen Systemen, wie Balken oder Platten. Zur Untersuchung werden kontinuumsmechanische Modelle sowie Finite-Elemente-Methoden verwendet und durch experimentelle Untersuchungen erweitert. Die Erkenntnisse werden für die Entwicklung eines programmier- und fernsteuerbaren Prototyps benutzt. Sein Bewegungsverhalten kann durch die Änderung der Antriebsfrequenz auf verschiedenen Untergründen gesteuert werden. Das System erreicht Geschwindigkeiten bis 100 mm/s und kann das Fünffache seiner Masse transportieren. Abschließend wird ein innovativer Prototyp vorgestellt, der mit einem einzigen Antrieb eine steuerbare Lokomotion auf festem Untergrund und an der Oberfläche von Flüssigkeiten durchführen kann. Das terrestrische und aquatische Bewegungsverhalten wird untersucht und die Tragfähigkeit solcher Systeme auf Basis eines hydrostatischen Modells bestimmt.
Management von IT-Agilität : Entwicklung eines Kennzahlensystems zur Messung der Agilität von Anwendungslandschaften. - Ilmenau : Univ.- Verl. Ilmenau, 2015. - XVIII, 369 S.. - (Ilmenauer Schriften zur Wirtschaftsinformatik ; Band 2) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
ISBN 978-3-86360-123-2
Parallel als Online-Ausg. erschienen unter der Adresse http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26281
Die Veränderungsfähigkeit eines Unternehmens hängt zunehmend von der Veränderungsfähigkeit seiner IT, der IT-Agilität, ab. Eine hohe IT-Agilität kann einen Beitrag zu erhöhter Unternehmens-Agilität leisten und stellt damit eine potenzielle Quelle für nachhaltige Wettbewerbsvorteile dar. Als Basis stellt insbesondere die Anwendungslandschaft eine wertvolle, seltene, nicht substituierbare und schwer imitierbare Ressource dar. Anhand von Prinzipien zur Gestaltung agiler Architekturen von Anwendungslandschaften und unter Nutzung geeigneter Metriken kann die Agilität von Anwendungslandschaften bestimmt und optimiert werden. Hierfür werden anhand von Agilitätszielen (Geringe Abhängigkeiten, Hohe Homogenität, Hohe Modularität, Redundanzfreiheit und Skalierbakeit) Kennzahlen zur Messung der Agilität der Architektur von Anwendungslandschaften entwickelt, zu einem Kennzahlensystem zusammengefasst und anhand von Experteninterviews und Fallstudien plausibilisiert und evaluiert. Das Kennzahlensystem kann für die aktive Steuerung der IT-Agilität in Unternehmen eingesetzt werden und stellt eine gute Ausgangsbasis für die Entwicklung ähnlicher Metriken in anderen Bereichen der IT-Agilität dar.
Ein Beitrag zur geometrischen Gestaltung und Optimierung prismatischer Festkörpergelenke in nachgiebigen Koppelmechanismen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2015. - LI, 126 S.. - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; 4) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
ISBN 978-3-86360-122-5
Parallel als Online-Ausg. erschienen unter der Adresse http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26249
Zur Realisierung von Bewegungen mit hohen Anforderungen an die Präzision werden Starrkörpermechanismen zunehmend durch nachgiebige Mechanismen ersetzt, in denen die Beweglichkeit durch stoffgekoppelte Drehgelenke realisiert wird. In diesen nachgiebigen Koppelmechanismen kommen überwiegend prismatische Festkörpergelenke mit einfachen geometrischen Aussparungen zum Einsatz. Im Gegensatz zu form- und kraftgekoppelten Gelenken ist der Auslenkwinkel eines Festkörpergelenkes begrenzt, wodurch der Bewegungsbereich des Mechanismus eingeschränkt wird. Zudem lässt sich mit einem Festkörpergelenk keine exakte relative Drehung zweier starrer Glieder realisieren, da grundsätzlich eine Drehachsenverlagerung stattfindet. Dadurch ergeben sich Bahnabweichungen des nachgiebigen Mechanismus im Vergleich zum Starrkörpermechanismus. Wesentlicher Aspekt bei der Synthese eines nachgiebigen Koppelmechanismus ist die in dieser Arbeit untersuchte Phase der geometrischen Gestaltung und Optimierung der prismatischen Festkörpergelenke hinsichtlich geforderter Mechanismuseigenschaften. Hierzu erfolgt eine ganzheitliche, d. h. vom Gelenk auf den Mechanismus übertragbare Betrachtung. Für die durchgeführte Untersuchung von Einzelgelenken ist ein geeigneter Ansatz zur Drehachsenmodellierung von entscheidender Bedeutung. Die anschließende mehrkriterielle Optimierung der Gelenkkontur findet für ein Einzelgelenk und im Mechanismus statt. Als Ergebnis der Arbeit wird eine allgemein anwendbare Synthesemethode nachgiebiger Koppelmechanismen abgeleitet, die ausgehend vom Starrkörpermechanismus eine gezielte Gestaltung sowie beschleunigte FEM-basierte Optimierung mit identischen oder unterschiedlichen Gelenken ermöglicht. Hiermit lassen sich der Bewegungsbereich vergrößern und die Bahngenauigkeit erhöhen. Die Besonderheit der Synthesemethode besteht in der Berücksichtigung der Gestaltung prismatischer Festkörpergelenke mit Standard- oder Polynomkonturen. Hierfür werden grundlegende Hinweise sowie drei neue Ansätze zur Bestimmung der geometrischen Parameter der Gelenkkontur und -abmessungen mittels Umsetzungstabelle, Kurventafel oder computergestützter Konturoptimierung vorgestellt. Auf diese Weise gestaltete Mechanismen eignen sich besonders für die Präzisionstechnik. Das Potenzial der Synthesemethode wird am Beispiel einer nachgiebigen Schubkurbel zur Realisierung einer Punktgeradführung aufgezeigt.
Finite element simulation for the cold-joining of high power connectors. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - XVII, 133 Seiten. - (Werkstofftechnik aktuell ; 13)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
ISBN 978-3-86360-120-1
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Beschreibung von massiven Kupfer-Einpresskontakte entwickelt. Die Berechnung von Pressverbänden nach DIN 7190 ist bei der Auslegung von massiven Kupferkontakten nicht anwendbar da während des Fügevorganges hohe Verformungsgrade und Reibspannungen auftreten. Das neue Modell bietet nicht nur verkürzte und effiziente Auslegungszyklen für neue Hochleistungskontakte (HLK) an, sondern vertieft auch das Grundverständnis des Fügeprozesses und der Kontakteigenschaften. Nach einer kurzen Motivation des Themas und einer Einführung in die kalte Kontaktiertechnik, werden im dritten Kapitel die Grundlagen der experimentellen Arbeiten sowie der Simulationsmethoden erarbeitet. Die Herausforderungen bei der Modellierung von Fügeprozessen liegen in der Materialbeschreibung und Reibungscharakterisierung. Deshalb werden die beiden Themen in zwei eigenständigen Kapiteln vorgestellt, ausgehend vom jeweiligen Stand der Technik bis zur Validation der entwickelten Methoden und Modelle. Das vierte Kapitel beschäftigt sich mit der Materialbeschreibung und beinhaltet zwei neue Methoden zur bauteilnahen Ermittlung der Fließeigenschaften von Kupferwerkstoffen. Das Reibverhalten in einem Einpressvorgang wird im fünften Kapitel untersucht. Hierzu wurde ein neuer Prüfstand zur Ermittlung von Reibkoeffizienten und Beschreibung der auftretenden Verschleißmechanismen aufgebaut. Die Materialbeschreibung und die Reibungscharakterisierung sind eng miteinander verknüpft. Beide Modelle wurden deshalb in ein Finiten-Elementen (FE)-Tool zusammengeführt, um die komplexen Wechselwirkungen beschreiben zu können. Für eine genaue aber mit möglichst wenig Aufwand verbundene FE-Beschreibung von Einpressvorgängen werden Richtlinien erarbeitet und vorgeschlagen. Auf Basis des FE-Modells werden neue Hochstromkontakte entwickelt. Über den Vergleich der simulierten und der realen Eigenschaften wurde das Modell erfolgreich validiert und seine Aussagekraft eindrücklich nachgewiesen.
Diversitäre Redundanz gemischter AC-HGÜ-Netze durch schnelle korrektive Maßnahmen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau. - XVII, 67 S.. - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik ; 14) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Masterarb., 2015
ISBN 978-3-86360-113-3
Parallel als Online-Ausg. erschienen unter der Adresse http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26162
Vermaschte HGÜ-Netze können zum Aufbau eines dem AC-Netz überlagerten Overlay-Netzes eingesetzt werden. Der Betrieb eines solchen Netzes erfordert eine schnelle Reaktion auf Störungen im AC- und im HGÜ-Netz. Um diese seitens der HGÜ-Umrichter zu ermöglichen, ist ein schnelles Anpassen der Umrichter-Arbeitspunkte erforderlich. Um dem teilweise sehr zeit-kritischen Verlauf solcher Störszenarien zu begegnen, wird ein Verfahren vorgestellt, das eine schnelle Korrektur der Umrichter-Arbeitspunkte ermöglicht. Entsprechend einer Liste möglicher kritischer Betriebsmittelausfälle werden auf zentraler Ebene mittels einer Optimal Power Flow-Berechnung korrektive Umrichter-Arbeitspunkte erstellt und auf lokaler Ebene innerhalb der Umrichter-Steuerung abgelegt. Lokale Messungen ermöglichen die Identifikation von eintretenden kritischen Ausfallszenarien und eine Aktivierung der entsprechend vorberechneten Korrekturmaßnahmen. Auf diese Weise kann der AC-HGÜ-Netzverbund bei Ausfall eines Betriebsmittels durch korrektive Maßnahmen in den (n-1)-sicheren Zustand überführt werden. Der Begriff der Diversitären Redundanz wird an dieser Stelle eingeführt.
A contribution to the computer aided development of an electrical window regulator system : mechatronic models, parameter identification and numerical simulations. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2015. - XX, 192 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015
Die Arbeit orientiert sich daran, Modelle und Simulationen von elektrischen Fensterhebersystemen zu entwickeln. Das Ziel ist ein verbessertes Verständnis des Systemverhaltens und Einfluss von Parametern zu erlangen. Vor dem Hintergrund, dass Fensterhebersysteme komplizierte mechatronische Systeme darstellen, wird die Simulation als Werkzeug vermehrt eingesetzt. In dieser Arbeit werden verschiedene Simulationen von mechatronischen Systemen auf unterschiedlichen Ebenen verglichen. Applikationen von Fensterhebersimulationen werden zusummengefasst und bewertet. Basierend auf dieser Auswertung wurde die Systemsimulation mit der Modellierungssprache, VHDL-AMS, als Methode ausgewählt. Bevor sich tiefgründig mit der Modellierung von Fensterhebersystemen beschäftigt wird, soll zuvor ein stark abstrahiertes analytisches Modell für die Bewertung des dynamischen Verhaltens erstellt werden. Grundlegend besitzt das Modell 2 Freiheitsgrade und besteht aus 2 Massen, die über eine Feder und einen Dämpfer verbunden sind. Eine Masse stellt die Glasscheibe und die andere die Massenträgheit des Motorankers dar. Mit der Mittelwertmethode wird das analytische Modell hinsichtlich der Stabilitätsbedingungen untersucht. Die Modellbildung des Fensterhebersystems beginnt mit der Aufteilung des Systems in einzelne Komponenten, basierend auf deren Funktion. Die Komponenten, wie z.B. elektrische Motoren, Hebemechaniken, Türrahmen, Elektroniken, etc., werden untersucht und anschließend Modelle erstellt, um ihre elektrische oder mechanische Funktionsweise zu beschreiben. Abhängig von der Komplexität wird die Technik der Modellierung ausgesucht, zum Beispiel physikalische oder verhaltensmäßige Modellierung oder eine Kombination von beiden. Die Parameter der Modelle wurden anhand von gesammelten Informationen von Komponentenlieferanten, existierenden Datenbanken und Messungen ermittelt. Komponentenmodelle wurden anhand von Messdaten verifiziert, z.B. Motorkennlinie. Die Systemsimulation beschäftigt sich mit der Integration von allen Komponentenmodellen in eine Simulation und imitiert Ausführung der Fensterhebersysteme in verschiedenen Lastfällen. In einer konkreten Applikation wurden die Ergebnisse der Messung und der Simulation anhand der Werte von wichtigen Signalen, die den Status des Systems abbilden, wie zum Beispiel Drehzahl und Strom des Motors, verglichen. Außerdem wurde die Einklemmschutzfunktion quantitativ durch Messung der Einklemmkräfte bei verschiedenen Spannungen verglichen. Trotzdem sind die Simulationen nicht auf die demonstrierten Beispiele dieser Arbeit limitiert. Teilsystemsimulationen mit dem Schwerpunkt auf der Untersuchung von Komponenten können auch mit den Komponentenmodellen entwickelt werden.
Operation of meshed high voltage direct current (HVDC) overlay grids : from operational planning to real time operation. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2015. - XXXVII, 146 S.. - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik ; 12) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
ISBN 978-3-86360-112-6
Parallel als Online-Ausg erschienen unter der Adresse http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26077
Weltweit aber besonders in Europa steigt der Bedarf große Leistungen über weite Strecken zu transportieren. Dies ist hauptsächlich in der Energiewende und dem damit zusammenhängenden stark ansteigenden Anteil Erneuerbarer Energien und deren Erzeugungszentren begründet. Ein bedeutender Teil der Erneuerbaren Energien wird zukünftig weitab der Lastzentren produziert. Zur Lösung dieser daraus resultierenden neuen Transportaufgabe ist die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) besonders geeignet. Eine redundante und damit auch wirtschaftliche Ausführung stellt das vermaschte HGÜ-Netz dar, das in der Energieversorgungsnetzhiearchie eine neue Netzebene dargestellt und somit als Overlay-HGÜ-Netz bezeichnet wird. Diese Arbeit widmet sich der Fragestellung der Betriebsführung eines Overlaynetzes. Dazu wird eine dreistufige Betriebsführung vorgeschlagen. In Anlehnung an die im europäischen AC-Verbundnetz bestehende Dreiteiligkeit wird eine Untergliederung in folgende Regelungsinstanzen vorgenommen: Tertiär-, Sekundär und Primärregelung. Die Tertiärregelung übernimmt die Koordinierungsaufgabe der Umrichter untereinander und mit dem unterlagerten AC-Netz im Rahmen einer Betriebsplanung. Es ist ein betriebstypisches Aktualisierungsintervall von 15 Minuten vorgesehen, indem die Umrichtersollwerte vorgegeben werden. Deren Bestimmung erfolgt durch ein auf dieses nichtlineare Problem zugeschnittenen AC/DC Optimal Power Flow. Dieses Verfahren fußt auf der Verfügbarkeit aller AC- und DC-Netzinformationen im Gebiet des Overlaynetzes. Im Falle einer föderalen Organisation eines HGÜ-Overlaynetzes in Europa müssen die Zielsetzungen mehrere Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) bei der Bestimmung eines Umrichtersollwertfahrplans berücksichtig werden. Für diesen Fall wird hier eine Methode vorgeschlagen, die mittels eines Aushandlungsprozesses die ÜNB spezifischen Kostenfunktionen für den Einsatz von HGÜ-Umrichtern in der entsprechenden Regelzone zu einer für das gesamte Overlaynetz gültigen Zielfunktion konsolidiert. Dabei werden Grenzwerte der einzelnen beteiligten ÜNB ebenso berücksichtigt wie lokale Zielfunktionen. Die Sekundärregelung passt die von der Tertiärregelung vorgegebenen Umrichtersollwerte innerhalb des 15-min-Betriebsintervalls vor allem im Fall von Störungen an. Dafür wird ein Verfahren vorgeschlagen, das sich der Informationen eines Weitbereichsüberwachungssystems bedient, um signifikante Abweichung der geplanten Leistungsflüsse zu erfassen. Die Umrichterwirkleistungssollwerte werden entsprechend angepasst. Eine Aufteilung von unplanmäßigen Leistungsflüssen zwischen AC und DC-Netz sorgt für eine Entlastung des AC-Netzes und beugt Betriebsmittelüberlastungen und dadurch verursachten Instabilitätsphänomenen vor. Die Primärregelung gewährleistet das Gleichgewicht zwischen ein- und ausgespeister Wirkleistung in das / aus dem HGÜ-Overlaynetz. Ist die diesbezügliche Leistungsbilanz ausgewogen, ist das Energiegleichgewicht, die sogenanntes Energiestabilität, gewahrt. Die DC-Zeitkonstanten sind klein. Nur eine dezentral (am Umrichterstandort) angeordnete Regelung kann zeitlich angemessen reagieren. Diese nutzt eine p-u-Regelcharakteristik, die die Umrichtersollleistung entsprechend der Abweichung von der DC-Sollspannung anpasst. Dafür werden eine kontinuierliche p-u-Charakteristik sowie Verfahren zu deren Parametrierung vorgeschlagen. Für die Bereitstellung von DC-Regelleistung besonders geeignete AC-Knoten können so angemessen für das HGÜ-Overlaynetz genutzt werden. Die Funktionalität des hier vorgeschlagenen dreiteiligen Bertriebsführungsverfahrens für vermaschte HGÜ-Netze wird anhand von numerischen Fallstudien auf Basis einer typischen Netztsituation in Zentraleuropa validiert.