The interest in nano particles from the view of basic and applied research has constantly risen in recent years. Since their physical properties are different from those of bulk materials, new industrial applications are emerging, e.g. in microelectronics. For quality control, particle production technologies call for on-line techniques that respond to the chemical nature of the particles. A particle generation process usually leads to particles with different surface properties. These surface properties, i.e. impurities ( like an oxygen layer ) or the crystal habit of single particles, determines much of their behaviour, especially in the diameter range of a few nanometers. While this fact has hardly been recognized, we anticipate that new technologies will establish a demand not only for analysis but also for separation of chemically pure particles with respect to their surface properties. In these PHD thesis we introduce a method and a device to separate aerosol particles according to their photoelectric properties. These strongly depend on particle surface composition as well as the particle morphology.

Der Beitrag stellt die Modellierung eines virtuellen Kraftsensors mittels neuronaler Netze vor. Ausgangspunkt ist ein hydraulisch angetriebener zweiachsiger Roboter mit elastischem Arm, dessen Strukturschwingungen durch Regelung des Aktuators gedämpft werden. Dieses Regelungskonzept erfordert jedoch den Einsatz eines aufwendigen Sensors zur Messung der auf den Aktuator wirkenden Kraft. Auf Basis des mehrschichtigen Perzeptrons wird ein Black-Box-Modell identifiziert, dass im Eingang nur Prozessgrößen verwendet, die von ohnehin vorhandener Sensorik gemessen werden, und die gesuchte Kraft im Sinne eines virtuellen Sensors schätzt. Die Validierung des Modells erfolgt am realen System und schließt einen Vergleich mit bereits bestehenden Ansätzen ein.

This paper presents the nonlinear black box modeling of a hydraulic translatory drive using neural networks. The type of neural network employed here is the multilayer perceptron. Feeding previous inputs and outputs into the network leads to two different black box model structures, namely the series-parallel and the parallel model. Their suitability for modeling the hydraulic drive on the basis of measurements on a test bed is compared.

Dieser Beitrag stellt die Modellierung eines pneumatischen Antriebs mit Black-Box-Methoden vor, wobei eine qualitative Analyse des Systems zu einer detaillierteren Modellstruktur und damit höheren Güte beiträgt. Als Black-Box-Strukturen werden zum einen Fuzzy-Netzwerke vom Takagi-Sugeno-Typ mit mehrdimensionalen Zugehörigkeitsfunktionen und zum anderen neuronale Netzwerke in Form des mehrschichtigen Perzeptrons verwendet. Beide Ansätze gestatten die Identifikation nichtlinearer dynamischer Ein-Ausgangs-Modelle und werden hinsichtlich ihrer Approximationseigenschaften in diesem Beitrag miteinander verglichen.

Die Struktureigenschaft Nulldynamik lässt sich mit unterschiedlichen mathematischen Ansätzen berechnen. In diesem Bericht geht es um die Berechnung der Nulldynamik eines inversen Pendels mit differentialgeometrischen und differentialalgebraischen Methoden. Es findet eine Gegenüberstellung der einzelnen Ergebnisse untereinander sowie eine Gegenüberstellung mit Messungen an einem Prüfstand statt.

Dieser Forschungsbericht befasst sich mit einem wesentlichen systemtheoretischen Aspekt, der Störgrößenentkopplung. Dabei dient als mathematische Grundlage die differentialalgebraische Methodik. Ein von M. Senger entwickelter Algorithmus zur Störgrößenentkopplung ist nur für Polynomsysteme gültig. Dieser Bericht stellt einen Algorithmus vor, welcher die analysierbare Systemklasse auf die der rationalen Systeme erweitert. Dabei behandelt der Algorithmus sowohl den Aspekt der Störgrößenentkopplung als auch den der Reglersynthese. Die Differentialalgebra ist nur für rationale Systeme zulässig. Um die Analyse und Berechnung des Regelgesetzes auch für analytische Systeme durchführen zu können, wird eine geeignete Systemtransformation verwendet.

Dieser Forschungsbericht stellt einen für die Regelungstechnik bedeutenden Aspekt - die Störgrößenentkopplung - für nichtlineare Systeme vor. Hierfür dient als mathematische Grundlage die Differentialgeometrie. Die differentialgeometrische Methodik liefert zum Einen die Aussage über die Störgrößenentkoppelbarkeit quadratischer Ein- und Mehrgrößensysteme, und zum Anderen die Berechnung eines störentkoppelnden Kompensatorgesetzes. Beispiele verdeutlichen die theoretische Vorgehensweise. Abschließend wird die differentialgeometrische Untersuchung der Störgrößenentkoppelbarkeit auf einen Differentialzylinder angewandt. Das mathematische Systemmodell des Zylinders lässt sich dabei zu einem analytischen System mit linear eingehender Steuerung vereinfachen.

Ist ein nichtlineares System nicht störgrößenentkoppelbar, so verbleibt die Suche nach einem Regelgesetz, welches den Einfluss der Störgröße auf das System zumindest reduziert. Dieser Bericht stellt die Theorie der nichtlinearen Störgrößenreduktion für zwei Systemklassen - den analytischen Systemen mit linear eingehenden Steuerungen sowie den analytischen Systemen mit zeitlich differenzierten Eingangsgrößen - vor. Dabei basiert die Berechnung des Regelgesetzes auf linearen Fehlerdynamikgleichungen, die bezüglich geeigneter Referenztrajektorien ausgelegt sind. Durch Simulationen wird das System Differentialzylinder-Ventil, welches als Anwendungsbeispiel für die nichtlineare Störgrößenreduktion dient, über vorgebbare Störkraftprofile auf die Güte der Störgrößenreduktion geprüft. Die Simulationsergebnisse der Störgrößenreduktion lassen sich an einem hydraulisch angetriebenen elastischen Roboter verifizieren, bei dem eine Achse aus dem System Differentialzylinder-Ventil besteht.

Dieser Forschungsbericht beschreibt die Abschätzung der Zylinderkolbenkraft eines geregelten hydraulisch betriebenen elastischen Roboters. Die Regelung zur Schwingungsdämpfung geschieht, unter Hinzunahme von Sensoren, nach dem Prinzip des virtuellen Feder-Dämpfer-Elementes. Der Aktuator verhält sich dabei unter Verwendung einer geeigneten Regelung wie ein mechanisches Feder-Dämpfer-Element. Ein Kraftsensor, der die Belastung zwischen elastischem Arm und Hydraulikzylinder misst, ist dabei wesentlicher Bestandteil des Regelungskonzeptes. Dieser ist zum einen jedoch kostenintensiv, zum anderen ist er aufwendig zu installieren. Dies führt auf die Anwendung eines Beobachters, dessen Auslegung und Erprobung dieser Bericht beschreibt.

Die Nulldynamik stellt bei der Untersuchung dynamischer Systeme eine wichtige Systemkenngröße dar. Eine stabile Nulldynamik ist z. B. Voraussetzung für viele, insbesondere nichtlineare Regelungskonzepte. Um Aussagen über die Nulldynamik treffen zu können, muß sie bekannt sein. Dieser Bericht stellt einen differentialalgebraischen Algorithmus vor, mit dem sich die Nulldynamik eines analytischen Systems mit linear eingehender Steuerung bestimmen läßt. Zur Systembeschreibung sind allerdings nur rationale Funktionen zugelassen. Enthält das Zustandsmodell auch nichtrationale Funktionen, ist die Bestimmung eines Ersatzsystems erforderlich, welches dann statt dessen den Gegenstand der Analyse bildet. Diese Ersatzsysteme lassen sich mit einem Algorithmus berechnen.