Zur Verbesserung des thermischen Komforts in Büroräumen wird die modellprädiktive Regelung einer elektrochromen Verglasung untersucht. Insbesondere Büroräume mit großen Glasfassaden sind hierbei herausfordernd, da viel Sonnenenergie in die Räume dringt und die thermische Behaglichkeit an verschiedenen Plätzen stark beeinflusst.
Zuerst werden die Grundlagen der Wärmeübertragung und -modellierung erklärt und der thermische Komfort, basierend auf der operativen Temperatur an den Arbeitsplätzen, dargestellt. Die eigentliche thermische Modellierung unterteilt sich in das Grundmodell, bestehend aus bekannten elektrischen Ersatzrepräsentationen und der neuartigen hybriden Modellierung. Der neue Ansatz, die verteilten Temperaturen im Raum adäquat mit einer Kombination von konzentriert parametrischen und verteilt parametrischen Teilmodellen anzunähern, ist notwendig wegen der Temperaturunterschiede auf der Bodenfläche durch die einfallende Sonnenstrahlung. Das verteilt parametrische Modell wird mit Reduktionsverfahren für modellprädiktive Regelungsmethoden nutzbar gemacht. Abschließend wird das hybride Modell erfolgreich numerisch validiert. Ein wichtiger Aspekt dieser Arbeit ist, dass mit dem hybriden Raummodell räumlich verteilte Plätze individuell betrachtet werden können. Somit kann die individuelle thermische Behaglichkeit nachgebildet und für regelungstechnische Anwendungen genutzt werden.
Abschließend wird das neue hybride Raummodell für die Verschattungs- und Komfortregelung mit einem modellprädiktiven Ansatz genutzt. Mit dem hybriden Raummodell als Basis der modellprädiktiven Regelung kann an mehreren Plätzen im Raum für einen besseren und individuellen thermischen Komfort gesorgt werden. Dies wird anhand von Simulationsbeispielen dargestellt.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Zur Verbesserung des thermischen Komforts in Büroräumen wird die modellprädiktive Regelung einer elektrochromen Verglasung untersucht. Insbesondere Büroräume mit großen Glasfassaden sind hierbei herausfordernd, da viel Sonnenenergie in die Räume dringt und die thermische Behaglichkeit an verschiedenen Plätzen stark beeinflusst.
Zuerst werden die Grundlagen der Wärmeübertragung und -modellierung erklärt und der thermische Komfort, basierend auf der operativen Temperatur an den Arbeitsplätzen, dargestellt. Die eigentliche thermische Modellierung unterteilt sich in das Grundmodell, bestehend aus bekannten elektrischen Ersatzrepräsentationen und der neuartigen hybriden Modellierung. Der neue Ansatz, die verteilten Temperaturen im Raum adäquat mit einer Kombination von konzentriert parametrischen und verteilt parametrischen Teilmodellen anzunähern, ist notwendig wegen der Temperaturunterschiede auf der Bodenfläche durch die einfallende Sonnenstrahlung. Das verteilt parametrische Modell wird mit Reduktionsverfahren für modellprädiktive Regelungsmethoden nutzbar gemacht. Abschließend wird das hybride Modell erfolgreich numerisch validiert. Ein wichtiger Aspekt dieser Arbeit ist, dass mit dem hybriden Raummodell räumlich verteilte Plätze individuell betrachtet werden können. Somit kann die individuelle thermische Behaglichkeit nachgebildet und für regelungstechnische Anwendungen genutzt werden.
Abschließend wird das neue hybride Raummodell für die Verschattungs- und Komfortregelung mit einem modellprädiktiven Ansatz genutzt. Mit dem hybriden Raummodell als Basis der modellprädiktiven Regelung kann an mehreren Plätzen im Raum für einen besseren und individuellen thermischen Komfort gesorgt werden. Dies wird anhand von Simulationsbeispielen dargestellt.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Im Rahmen dieser Arbeit wird die Modellierung hoch ausgenutzter induktiver Ladesysteme behandelt, bei denen eine starke magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärseite besteht.
Insbesondere die hohen Anforderungen bezüglich Leistungsdichte erfordern möglichst detaillierte Berechnungsmodelle für den Entwurf. Einerseits ist zur Maximierung der Leistungsdichte eine hohe elektrische Betriebsfrequenz erforderlich, um die Abmessungen des Magnetkreises zu reduzieren. Andererseits steigen mit zunehmender Frequenz die Verluste in Wicklung und Eisenkern, was wiederum den Kühlaufwand erhöht. Um einen optimalen Kompromiss zu finden, werden adäquate Modellierungsmethoden vorgestellt, die gleichzeitig effizient bezüglich Rechenzeit sind.
Diese gliedern sich insgesamt in drei Teilbereiche:
Im ersten dieser Teilbereiche wird die Modellierung von Wicklungen thematisiert. Der Fokus liegt dabei auf der Berechnung von Wirbelstromverlusten, insbesondere auch in HF-Litzen.
Der zweite Teilbereich handelt von der Modellierung des Eisenkerns zur magnetischen Flussführung. Dabei kommt ein nichtlineares Reluktanznetzwerk zum Einsatz, welches mithilfe einer Kombination aus analytischen und numerischen Berechnungen parametrisiert wird. Die thermische Modellierung wird im dritten Teilbereich behandelt.
Inhaltlich wird ein thermisches Kompaktmodell eingeführt, die thermische Leitfähigkeit von HF-Litzen untersucht und ein Kühlkonzept mit Kühlkörpern aus Graphit vorgestellt.
Die aufgestellten Modelle für die verschiedenen physikalischen Domänen werden vollständig miteinander gekoppelt und im Rahmen einer numerischen Optimierung wird ein konkreter Entwurf für ein Modul des betrachteten Ladesystems ermittelt.
Aktualisiert: 2022-06-23
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Die Qualität von Kautschukprodukten wird maßgeblich durch den Prozessschritt der Vulkanisation beeinflusst. Essentiell für eine hohe Produktqualität ist die Bestimmung der geeigneten Heiztemperatur und Heizdauer für die Vulkanisation mit dem Ziel, eine optimale Ausheizgradverteilung innerhalb des Kautschuks zu gewährleisten. Durch eine modellbasierte Bestimmung der Prozessparameter wird eine systematische Auslegung des Vulkanisationsprozesses ermöglicht. Unterschiedliche Anforderungen innerhalb des Kautschuks werden dabei durch separate Heizzonen realisiert. Eine modellbasierte Temperaturregelung dient zur Sicherstellung der erforderlichen Heiztemperaturen innerhalb der einzelnen Zonen. Im laufenden Prozess auftretende Störungen werden mithilfe einer adaptiven Steuerung der Heiztemperaturen wirksam kompensiert.
Aktualisiert: 2021-05-26
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Die Qualität von Kautschukprodukten wird maßgeblich durch den Prozessschritt der Vulkanisation beeinflusst. Essentiell für eine hohe Produktqualität ist die Bestimmung der geeigneten Heiztemperatur und Heizdauer für die Vulkanisation mit dem Ziel, eine optimale Ausheizgradverteilung innerhalb des Kautschuks zu gewährleisten. Durch eine modellbasierte Bestimmung der Prozessparameter wird eine systematische Auslegung des Vulkanisationsprozesses ermöglicht. Unterschiedliche Anforderungen innerhalb des Kautschuks werden dabei durch separate Heizzonen realisiert. Eine modellbasierte Temperaturregelung dient zur Sicherstellung der erforderlichen Heiztemperaturen innerhalb der einzelnen Zonen. Im laufenden Prozess auftretende Störungen werden mithilfe einer adaptiven Steuerung der Heiztemperaturen wirksam kompensiert.
Aktualisiert: 2021-08-05
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Der Bedarf an Rechenleistung hat den Schwerpunkt der Optimierung deutlich von Geschwindigkeit und Durchsatz zu Flexibilität und Energieeffizienz verschoben. Neben der statischen und dynamischen Verlustleistung tritt dabei auch die Berücksichtigung der Wärmeentwicklung in den Vordergrund. Die Berechnung der Verlustleistung von Prozessoren im Entwurfsstadium basiert auf der zeitaufwändigen Simulation der technologieabhängigen Standardzell-Netzliste, aus der die Verlustleistung berechnet werden kann. Die langsame Simulation macht eine Optimierung der Verlustleistung unter Berücksichtigung der Zielanwendung nahezu unmöglich. Dem hingegen hat die Leistungsfähigkeit von FPGAs zugenommen und die Emulation wird zur Beschleunigung der funktionalen Verifikation genutzt. Eine Beschleunigung der Verlustleistungsschätzung kann aber nur durch Verlustleistungsmodelle auf höheren Abstraktionsebenen erreicht werden.
In dieser Arbeit wird eine Methodik zur Analyse der Verlustleistung und des thermischen Verhaltens programmierbarer Prozessoren in einem frühen Entwurfsstadium erarbeitet, die die FPGA-Emulation konsequent zur Beschleunigung der notwendigen Berechnungen anwendet. Auf Basis der Hybrid Functional Level/Instruction Level Power Analysis werden Verlustleistungsmodelle abgeleitet. Außerdem wird die Emulation mit einem Verfahren zur Berechnung der Wärmeverteilung gekoppelt. Die Vorhersage der Temperaturverteilung ermöglicht es, temperaturkritische Schaltungsteile zu identifizieren sowie den Einfluss von Modifikationen auf die Temperaturverteilung zu untersuchen.
Die Methodik ergänzt somit das Spektrum von Entwurfswerkzeugen im Bereich der Electronic Design Automation. Sie eröffnet ein breites Optimierungspotential von der Architekturebene bis hin zur algorithmischen Ebene. Der Einfluss von Optimierungen auf Hardware-Ebene und auf Software-Ebene wird für verschiedene Prozessoren aufgezeigt und quantifiziert.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-04-02
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Aktualisiert: 2023-04-11
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Der globale Ansatz zur Reduktion der anthropogenen CO2-Emissionen führt unter anderem zu einer Regulierung der Treibhausgasemissionen im Transportsektor. Neben der Optimierung konventioneller Antriebe in Verbindung mit alternativen Kraftstoffen stellt die Elektrifizierung des Antriebsstrangs einen Weg zur Reduktion der CO2-Emissionen dar. Hybridfahrzeuge bilden dabei eine Brückentechnologie zu nachhaltiger CO2-neutraler Mobilität.
Die vorliegende Arbeit zeigt eine Optimierung der Betriebsstrategie eines Dieselfullhybrids auf Basis einer thermischen Antriebsstrangsimulation. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Methoden und Modelle verbessern zum einen die Prognosegüte des Kraftstoffverbrauchs und gewährleisten zum anderen eine Betriebsstrategieoptimierung unter Berücksichtigung des thermischen Antriebsstrangverhaltens bereits in der frühen Konzeptphase.
Die in dieser Arbeit entwickelten thermischen Simulationsmodelle werden mit Hilfe eines hybridischen nichtlinearen Optimierungsverfahrens justiert. Neben der Justierung der thermischen Netzwerke wird dieser Ansatz ebenfalls zur Optimierung der Betriebsstrategie verwendet. Unter Berücksichtigung des thermischen Antriebsstrangmodells werden sowohl für den NEFZ als auch für den FTP-72 Zyklus Optimierungen hinsichtlich minimalen Kraftstoffverbrauchs sowie maximaler elektrischer Fahrzeit durchgeführt.
Aktualisiert: 2019-12-12
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