Mechatronische Systeme werden immer komplexer und vernetzter. Dies betrifft sowohl die Anzahl hochvernetzter Komponenten und komplexer Steuerungseinheiten, als auch die möglichen Interaktionen eines solchen Systems mit seiner Umwelt. Für die Entwicklung und Zertifizierung solcher Systeme hat dies gravierende Auswirkungen auf Test- und Prüfmethoden, sollen letztere doch deren Verhalten und Interaktion in unterschiedlichsten Szenarien validieren.  

Um Qualität und Kosteneffizienz zu gewährleisten, werden dazu Power Hardware in the loop (PHiL) Methoden bei der Entwicklung und Prüfung komplexer Systeme mit unterschiedlichen Anwendungen in der Industrie eingesetzt. Diese Verfahren ermöglichen die Emulation eines virtuellen dynamischen Systems, das später als Umgebung für die zu prüfenden Geräte dient.

Im Gegensatz zu klassischen HiL Methoden interagieren bei PHiL die Prüflinge mit ihrer Umgebung jedoch auch physikalisch, z.B. mechanisch, hydraulisch oder elektrisch. Dabei wird stets auch Energie bzw. Leistung zwischen realem Prüfling und virtuellem dynamischen System ausgetauscht. PHiL-Prüfstände beinhalten deshalb immer einen oder mehrere mechatronische Aktuatoren, die dem Prüfling hochdynamische Lasten aufprägen können, welche von einem Simulationsmodell in Echtzeit vorgegeben werden.

Forschungsthemen an unserem Institut

In PHiL-Systemen muss die Regelungstechnik für eine physikalisch korrekte Interaktion zwischen Prüfling und Simulationsumgebung sorgen. Der Konsistenz der Leistungsflüsse kommt dabei besondere Bedeutung zu, ebenso der Bandbreite und etwaigen Beschränkungen der Aktuatoren. Oftmals schränken Totzeiten in der Rückkopplung zwischen Prüfstand und Simulation die Leistungsfähigkeit eines PHiL-Systems signifikant ein. Die Forschungsaktivitäten an unserem Institut beschäftigen sich mit genau diesen Themen.

Forschungsprojekte unseres Instituts

• CDL Emulated Reality
• Varispeed II
• GearControl
• PantoControl
• TestbedControl
• Silverback

Veröffentlichungen

Schirrer, A., Santos, J., Grujic, M., Zulehner, J., Weichselbaumer, M., Antunes, P., Pombo, J., Hametner, C. and Jakubek, S. "Time delay in a mechatronic Power-HIL system : Analysis and model-based compensation, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" Control Engineering Practice 144 (2024): 105832.

Bender, M., Escher, A., Messner, B., Röhrich, M., Fischer, M.B., Hametner, C., Laufer, G., Kertzscher, U., Zimpfer, D., Jakubek, S., and Granegger, M. "An Atraumatic Mock Loop for Realistic Hemocompatibility Assessment of Blood Pumps, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" IEEE Transactions on Biomedical Engineering (2023): 12p., in press.

Zauner, Michael, Philipp Mandl, Christoph Hametner, Oliver König, and Stefan Jakubek. "Flatness-Based Discrete-Time Control of a Battery Emulator Driving a Constant Power Load, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics 9, no. 6 (2021): 6864-6874.

Aschauer, G., A. Schirrer, M. Kozek, and S. Jakubek. "PHiL pantograph testing via FE-based catenary model with absorbing boundaries, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" Control Engineering Practice 88 (2019): 97-109.

Schirrer, A., G. Aschauer, E. Talic, M. Kozek, and S. Jakubek. "Catenary emulation for hardware-in-the-loop pantograph testing with a model predictive energy-conserving control algorithm, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" Mechatronics 41 (2017): 17-28.

Jakubek, Stefan, Elisabeth Luchini, Alexander Oberhummer, and Felix Pfister. "A model-based interfacing concept for accurate power hardware-in-the-loop systems, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems 22, no. 1 (2016): 1-20.

König, Oliver, Christoph Hametner, Günter Prochart, and Stefan Jakubek. "Battery emulation for power-HIL using local model networks and robust impedance control, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster" IEEE Transactions on Industrial Electronics 61, no. 2 (2013): 943-955.

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