Anlagensimulation
Struktur-
kompensationStruktur-kompensation
Regelung
Analyse
Visualisierung
Mobile Plattformen
Modellierung / Simulation
Analyse und Optimierung von Systemparametern
Durch Optimierungsmethoden aus der DLR-Luftfahrtforschung können auch konkurrierende Systemparameter optimal ausgelegt werden. Worst-Case-Abschätzungen und Limits sind das Ergebnis der Anti-Optimierung, die versucht, technische Systeme an ihre Grenzen zu bringen. Trajektorienoptimierung ermöglicht zeit-/energie-/verschleißoptimale Bahnverläufe für unterschiedlichste Anwendungen. Die Sensitivitätsanalyse findet diejenigen Parameter, die den größten Einfluss auf kritisches Systemverhalten haben. Mit Hilfe von modellbasierten Health-Monitoring- und Beobachteransätzen können Fehlerfälle auch ohne dedizierte Sensorik detektiert werden.
Regelungstechnik und dynamische Anpassung
Robuste, adaptive Kraft-Momenten Regelung erlaubt die dynamische Anpassung von Andruckkräften – auch bei Werkstücken und Kontaktflächen mit variabler, vorher unbekannter Steifigkeit. Mit Hilfe optimierungsbasierter Reglerkonzepte wird auch unter Einbindung dynamischer Nebenbedingungen stets die optimale Regelstrategie und Performanz sichergestellt. Durch die Einbindung von Modellwissen in Reglerstrukturen können nichtlineare Effekte effektiv kompensiert werden und die Regelgüte deutlich verbessert werden. Beim Einsatz einer Echtzeitbahnplanung kann adaptiv auf Sensorsignale und dynamische Anforderungen reagiert werden.
Echtzeitberechnung und Kompensation von Strukturflexibilitäten
Mit modernsten Verfahren der Modellreduktion können Strukturflexibilitäten aus FEM-Berechnungen übernommen werden und in Echtzeit in Systemsimulationen genutzt werden. Hierdurch können beispielsweise Deformationen der Struktur bereits in der Bahnplanung berücksichtigt und eine höhere Positioniergenauigkeit von Werkzeugen oder anderen dynamischen Komponenten erreicht werden. Mit der Vorsteuerung von Reglern mit inversen Strukturdynamikmodellen können Schwingungen kompensiert und die eigentliche Regelaufgabe vereinfacht werden.
Anlagensimulation und Spezialsimulatoren
Das SCIL forscht aktiv an Methoden zur Erstellung von detaillierten, voll-funktionalen digitalen Zwillingen, die über eine reine Datenhaltung hinaus auch multi-physikalische Systemmodelle bis hin zu integrierten Echtzeitinterfaces (z.B. Feldbussysteme), Sensorsimulationen und Visualisierungen enthalten. Diese können unmittelbar für die virtuelle Inbetriebnahme genutzt werden, da aus Sicht der angeschlossenen Komponenten kein Unterschied zwischen der realen und virtuellen Hardware erkennbar ist. Das SCIL unterstützt beim Aufbau spezialisierter HIL/SIL-Simulatoren und Trainingssimulatoren sowie Spezialsimulatoren für unterschiedlichste Einsatzzwecke, z.B. dem Test von Softwarealgorithmen auf virtueller Hardware.
Modellbildung und multiphysikalische Systemsimulation
Im Rahmen der Forschung im Bereich der Simulationsmethoden unterstützt das SCIL seine Partner bei der Modellbildung und Simulation von multi-physikalischen Systemen. Domänen wie Multi- und Flexible-Body-Modellierung sowie elektrodynamische Systeme und Thermofluid-Modelle können durch moderne Komponentenbibliotheken abgedeckt werden. Der Detailgrad der Modellierung richtet sich hierbei nach der benötigten Präzision der Simulationsergebnisse und ist bei „Multiple Level of Detail“-Modellen frei wählbar.
Multiagentensimulation / Mobile Plattformen
Aktuelle Forschung im Bereich der Multiagentensimulation zielt auf die verteilte Berechnung von Simulationsmodellen als „System of Systems“ ab. Beispiele hierfür sind Flotten autonomer Fahr-/Flugzeuge, große Fabrikanlagen, Schwarmrobotik oder ähnliches. Das SCIL nutzt Forschungsergebnisse aus der Raumfahrt in den Bereichen Rad-Boden-Kontakt, Kollisionserkennung und Kontaktkraftberechnung, um physikalisch hochdetaillierte Abbilder von mobilen Plattformen aller Art zu ermöglichen. Virtuelle Sensorik (Kameras, Abstandssensoren etc.) kann in Echtzeit in die Simulation eingebunden werden, um virtuelle Szenarien realitätsgetreu zu testen. Durch die Verwendung modernster Standards wie dem Functional Mockup Interface (FMI) können Simulationsmodelle auch von Zulieferern in komplexe Gesamtsystemsimulationen integriert werden.
Echtzeit-Visualisierungen
Das SCIL entwickelt eigene Echtzeit-Visualisierungslösungen, die flexibel an alle Anforderungen angepasst werden können. Durch die Integration der Visualisierungsparameter in die Systemmodelle wird ein hoher Grad an Wiederverwendbarkeit und geringer Konfigurationsaufwand erreicht. Die Anwendungsbandbreite reicht von der Echtzeit-Visualisierung von Simulationen über Visualisierungen für Simulatoren (z.B. Fahr-/Flugsimulatoren) bis hin zur Hochglanzpräsentation des virtuellen Produktes. Durch die Einbindung von VR/AR-Brillen können die Nutzer das virtuelle Szenario hautnah erleben. Neben 3D-Visualisierungen können auch frei konfigurierte 2D-HMI-Umgebungen wie graphische Benutzerumgebungen oder Instrumentierungen erzeugt werden.
DAS SYSTEMS AND CONTROL INNOVATION LAB (SCIL)
PARTNER DER INDUSTRIE FÜR DEN DIGITALEN ZWILLING und die virtuelle produktenwicklung
Das SCIL – ein Innovationslabor des DLR-Instituts für Systemdynamik und Regelungstechnik – untersucht gemeinsam mit Partnern aus der Industrie komplexe Fragestellungen aus dem Themengebiet „Digitaler Zwilling und virtuelle Produktentwicklung“. Darüber hinaus unterstützt es Unternehmen dabei, eigene Kompetenzen im Bereich der Simulation aufzubauen. Der initiale Aufwand zahlt sich für die Partner in der Regel schnell durch Zeit- und Kostenersparnis aus, da viele Aspekte im Produktlebenszyklus – von der Planung über die Montage bis hin zur Inbetriebnahme und dem laufenden Betrieb – virtuell optimiert werden können.
Die Kompetenzfelder des Systems and Control Innovation Lab (SCIL) umfassen:
- Virtuelle Inbetriebnahme und physikalisch exakte Anlagensimulatoren
- Modellbildung und multiphysikalische Systemsimulation
- Fortschrittliche Regelungsmethoden, Optimierung und Künstliche Intelligenz
- Echtzeitvisualisierung
- Fahr-/Flug- und Dynamiksimulationen auf Bewegungsplattformen