Ein vom Institut für Kern‐ und Teilchenphysik der Technischen Universität Dresden entwickelter Prototyp eines Ortsdosisleistungsmessgeräts muss zur Weiterentwicklung und Verwendung kalibriert und geprüft werden. In der vorliegenden Arbeit werden für den Prototyp in einem kontinuierlichen Strahlungsfeld eine Kalibrierfunktion und Kalibrierungsparameter für die einzelnen Detektoren des Messsystems bestimmt. Mithilfe dieser wird im Anschluss Energiedosismessung auf der Grundlage der im Szintillationsmaterial deponierten Energie, durchgeführt. Außerdem wird das Messsystem auf Stabilität und den Einsatz in einem gepulsten Strahlungsfeld überprüft. / The prototype of an area dose rate measuring device developed by the Institute for Nuclear and Particle Physics of the Technical University of Dresden must be calibrated and tested for further development and use. In this thesis, dose calibration parameters are determined for the individual detectors of the prototype in a continuous radiation field. The calibration is then used to measure the absorbed dose based on the energy deposited in the scintillation material.

The aim of using parallel kinematic motion systems as an alternative of conventional machine tools for precision machining has raised the demands made on the accuracy of identification of the geometric parameters that are necessary for the kinematic transformation of the motion variables. The accuracy of a parallel manipulator is not only dependent upon an accurate control of its actuators but also upon a good knowledge of its geometrical characteristics. As the platform's controller determines the length of the actuators according to the nominal model, the resulted pose of the platform is inaccurate. One way to enhance platform accuracy is by kinematic calibration, a process by which the actual kinematic parameters are identified and then implemented to modify the kinematic model used by the controller. The first and most general valuation criterion for the actual calibration approaches is the relative improvement of the motion accuracy, eclipsing the other aspects to pay for it. The calibration outlay has been underestimated or even neglected for a long time. The scientific value of the calibration procedure is not only in direct proportion to the achieved accuracy, but also to the calibration effort. These demands become particularly stringent in case of the calibration of hexapods of the so-called simple design. The objectives of the here proposed new calibration procedure are based on the deficits mentioned above under the special requirements due to the circumstances of the simple design-concept. The main goals of the procedure can be summarized in obtaining the basics for an automated kinematic calibration procedure which works efficiently, quickly, effectively and possibly low-cost, all-in-one economically applied to the parallel kinematic machines. The problem will be approached systematically and taking step by step the necessary conclu-sions and measurements through: Systematical analysis of the workspace to determine the optimal measuring procedure, measurements with automated data acquisition and evaluation, simulated measurements based on the kinematic model of the structure and identifying the kinematic parameters using efficient optimization algorithms. The presented calibration has been successfully implemented and tested on the hexapod of simple design `Felix' available at the IWM, TU Dresden. The obtained results encourage the application of the procedure to other hexapod structures.

Ein etabliertes Werkzeug zur Simulation von Schüttgütern ist die Diskrete-Elemente-Methode. Diese modelliert das reale Material durch eine Vielzahl von Partikeln, welche sich frei im Raum bewegen und miteinander interagieren können. Eine besondere Herausforderung bei der Anwendung der Methodik stellt die Parameterwertbestimmung für die sogenannten Kontaktmodelle dar, welche das Interaktionsverhalten der Partikel definieren. Das Bestimmen und Einstellen optimaler Parameterwerte wird auch als Kalibrierung bezeichnet. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine neue effiziente Kalibriermethodik, welche als Ersatzmodell-gestützte globale Kalibrierung bezeichnet wird. Diese nutzt Ersatzmodelle um das Schüttgutverhalten respektive die Reaktionsgrößen zu einem vorgegebenen Parametersatz zu prognostizieren. Die Notwendigkeit zum Einsatz von Simulationen im Rahmen der Parameterwerbestimmung entfällt hiermit vollständig. Im Fokus der Betrachtungen steht die Ersatzmodellbildung. Es werden Möglichkeiten zum Aufbau materialübergreifender DEM-Modelle und zur parametrischen Abbildung unterschiedlicher Korngrößenverteilungen und Kornformen präsentiert. Weiterhin werden verschiedene Stichprobenverfahren miteinander verglichen und ein neues Verfahren für hochdimensionale Parameterräume vorgestellt. Als Ersatzmodellarten werden künstliche neuronale Netze, das Kriging-Verfahren, Symbolische Regression mittels genetischer Programmierung sowie ein Ensemble-Modell, welches die zuvor genannten Ersatzmodellarten kombiniert, untersucht. Die Ergebnisse der Ersatzmodellbildung zeigen, dass das Ensemble-Modelle sehr hohe Approximationsgüten besitzen. Symbolische Regressionsmodelle besitzen hingegen bessere introspektive Eigenschaften und ermöglichen ein tieferes Verständnis über Parametereinflüsse und Sensitivitäten. Zur Validierung der Kalibriermethodik werden die Parameterwerte für zwei unbekannte Materialien – Sojabohnen und Kies 8-16 mm - bestimmt und mittels Simulation überprüft. Hierbei wird eine sehr gute Übereinstimmung der prognostizierten und realen Reaktionsgrößen erreicht. / An established tool for the simulation of bulk materials is the discrete element method. It models the real material by a large number of particles, which move freely in space and can interact with each other. A particular challenge in the application of the methodology is the determination of parameter values for the so-called contact models, which define the interaction behavior of the particles. The determination and adjustment of optimal parameter values is called calibration. The present work presents a new efficient calibration methodology, which is called metamodel based global calibration. The metamodels are used to predict the bulk material behavior respectively the response variables for a given set of parameters. The necessity of using simulations in the context of parameter value determination is completely eliminated. The focus of the considerations is on substitute modelling. Possibilities for the construction of cross-material DEM models and for the parametric representation of different grain size distributions and grain shapes are presented. Furthermore, different sampling methods are compared and a new method for high-dimensional parameter spaces is presented. As substitute model types, artificial neural networks, the Kriging method, symbolic regression by means of genetic programming as well as an ensemble model, which combines the previously mentioned substitute model types, are examined. The results of the replacement model formation show that the ensemble models have very high approximation qualities. Symbolic regression models, on the other hand, have better introspective properties and allow a deeper understanding of parameter influences and sensitivities. To validate the calibration methodology, the parameter values for two unknown materials - soybeans and gravel 8-16 mm - are determined and verified by simulation. Very good agreement between the predicted and real response variables is achieved.

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) unterstützt vielfältig die Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft. Eine ihrer Kernkompetenzen als das nationale Metrologie-Institut der Bundesrepublik Deutschland ist die Messtechnik. In diesem Sinne kalibriert die Arbeitsgruppe „Solarzellen“ der PTB i. d. R. den Kurzschlussstrom unter Standardtestbedingungen (I_STC) von Referenzsolarzellen. Der I_STC von Referenzsolarzellen ist in Photovoltaik-Kalibrierketten bei der Bestimmung der Bestrahlungsstärke von zentraler Bedeutung und fließt signifikant in die Berechnung der Wirkungsgrad von Solarzellen und Solarmodulen ein. Um den I_STC einer Solarzelle mit geringster Messunsicherheit zu bestimmen, wurde die Differential Spectral Responsivity (DSR)-Methode verwendet. Sie basiert auf der Messung der differentiellen spektralen Empfindlichkeit bei unterschiedlichen Bestrahlungsstärken. Anhand dieser kann die absolute spektrale Empfindlichkeit s(λ) unter Standardtestbedingungen sowie der I_STC berechnet werden. Da jedoch die Umgebungsbedingungen meistens von den STC abweichen, reichen letztere nicht zum umfassenden Vergleich der Wirkungsgrade in der Praxis aus. Um Einflussfaktoren (Temperatur, Bestrahlungsstärke, Winkelabhängigkeit,...) genauer untersuchen zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit an der PTB ein neuer Laser-basierter DSR-Messplatz aufgebaut und charakterisiert. Mit dem neuen Messplatz wurden c-Si Referenzsolarzellen, organische Solarzellen auf Basis kleiner Moleküle sowie Farbstoffsolarzellen umfassend untersucht. Unter anderem wurden die elektrischen Leistungsparameter einer organischen Solarzelle (aktive Schicht: DCV5T-Me:C60) mit denen einer c-Si Solarzelle verglichen. Es zeigt sich, dass der Wirkungsgrad der organischen Solarzelle mit zunehmender Bestrahlungsstärke sinkt und mit zunehmender Temperatur steigt, während die c-Si Solarzelle ein gegensätzliches Verhalten aufweist. Darüber hinaus wurde u.a. die Winkelabhängigkeit der zweiten organischen Solarzelle (aktive Schicht: C60:DCV5T-Me(3,3)) untersucht und mit den Resultaten einer c-Si Solarzelle verglichen. Diese Untersuchungen haben ergeben, dass die Winkelabhängigkeit des Kurzschlussstroms der organischen Solarzelle im Vergleich zu einer c-Si Solarzelle insbesondere zwischen 20° < ϑ < 60° eine „Super-Kosinus-Anpassung“ aufweist. Ergänzend wurde an der PTB im Rahmen dieser Arbeit ein mobiler Messplatz für Outdoormessungen aufgebaut. Mit diesem konnten die mittels Indoor-Untersuchungen erhaltenen spektralen Empfindlichkeiten mit Outdoor-Messungen verglichen werden. Des Weiteren wurden spektrale Charakterisierungen der Himmelshalbkugel durchgeführt und Methoden für Korrekturen von Sekundärkalibrierungen untersucht.

Testing of the Electronic Control Unit is a very important step before delivering the software to customer. Due to increasing complexity in the requirements and the timing constraints, it is needed that the testing should be proper and on time. To meet the timing constraints it is needed to automate the entire process of testing. Although the current testing tool support the automation process, it is very slow. In this thesis a new tool has been developed which will support calibration using CCP and XCP on CAN bus. Secondly, the tool will also provide the feature of automation, where user can write their own script to test the ECU. This will make the entire process of testing very fast. Finally both the solutions will be compared with respect to time for deducing the final conclusion.

Die Arbeit stellt ein Messsystem zur Überwachung von hochbelastbaren Leichtbauwerkstoffen, den Faserkunststoffverbunden vor. Speziell die Materialdehnung und die Eigenfrequenzen rotatorischer Systeme stellen als Schäden im makroskopischen Bereich eine Herausforderung an das Messsystem dar. Aber auch mikroskopische Erscheinungen wie Delaminationen oder Zwischenfaserbrüche gilt es an diesen Bauelementen zu erfassen.

Redundant parallel kinematic machines are parallel mechanisms to which one or more kinematic branch is added in order to improve their mechanical properties, in particular, their stiffness. Redundant parallel kinematic machines have then more actuators than their degree of freedom. New calibration methods are developed in this thesis in order to deal with the particularities related to the actuation redundancy. First, calibration methods using geometrical models are tested. Several measurement systems and control models are compared. A self-calibration is also carried out, where the redundant branches are switched to a passive mode. Thus, they play the role of the measurement system and the mechanism can be calibrated without the help of extra sensors. Geometrical calibration methods, however, do not take into account the internal constraints due to the redundancy. Elastic deformations are neglected although they are shown to have an influence on the positioning accuracy after the calibration. Modeling methods are then developed that take into account the geometry of the mechanism as well as the stiffness of its elements to improve the accuracy of the calibration. With such modeling methods, it is possible to determine the tool-center-point position for redundantly actuated parallel mechanisms from geometrical and stiffness parameters and given positions for all actuators. The modeling methods are first demonstrated on a simple mechanism. They are then tested on a real machine and used in calibration processes. / Mechanismen mit redundanter Parallelkinematik sind Parallelmechanismen, denen eine oder mehrere kinematische Ketten zugefügt werden, um die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Steifigkeit, zu verbessern. Maschinen mit redundanter Parallelkinematik besitzen dann mehr Antriebe als ihr Freiheitsgrad erfordern würde. In dieser Dissertation werden neue Kalibrierungsmethoden entwickelt, um die mit der Antriebsredundanz gebundenen Besonderheiten zu betrachten. Zuerst werden Kalibrierungsmethoden basierend auf geometrischen Modellen getestet. Verschiedene Messmethoden und Messsysteme werden verglichen. Eine Selbstkalibrierung wird durchgeführt. Bei dieser Kalibrierungsmethode werden die redundanten Antriebe freigeschaltet und als Messsystem genutzt. Die Maschine kann dadurch ohne externes Messsystem kalibriert werden. Dennoch betrachten geometrische Kalibrierungsmethode keine internen Verspannungen, die mit der Redundanz verbunden sind. Die elastischen Verformungen werden vernachlässigt, obwohl gezeigt wird, dass sie einen Einfluss auf die Positioniergenauigkeit nach der Kalibrierung haben. Es werden deshalb Modellierungsmethoden entwickelt, die sowohl die Geometrie des Mechanismus als auch die Elementsteifigkeit betrachten, um die Genauigkeit der Kalibrierung zu verbessern. Mit solchen Methoden ist es möglich, die Werkzeugposition redundanter Parallelkinematiken aus den Geometrie- und Steifigkeitsparametern und allen Antriebspositionen zu bestimmen. Die Modellierungsmethoden werden zuerst an einem einfachen Mechanismus angewandt. Sie werden danach an einer realen Maschine getestet und in einem Kalibrierungsprozess genutzt / Les mécanismes à cinématique parallèle redondante sont des mécanismes parallèles auxquels a été ajoutée une branche cinématique, ou plus, dans le but d'améliorer leurs propriétés mécaniques, en particulier, leur rigidité. Les mécanismes à cinématique parallèle redondante possèdent donc plus d'actionneurs que leur degré de liberté. De nouvelles méthodes d'étalonnage sont développées dans cette thèse afin de prendre en compte les spécificités liées à la redondance d'actionnement. Les méthodes d'étalonnage utilisant des modèles géométriques sont d'abord testées. Plusieurs systèmes de mesure et plusieurs modèles de contrôle sont comparés. Un auto-étalonnage est aussi réalisé. Pour cette méthode d'étalonnage, les actionneurs redondants sont mis en mode passif et jouent le rôle de système de mesure. Le mécanisme peut être étalonné sans ajout de codeurs. Cependant, les méthodes d'étalonnage géométriques ne prennent pas en compte les contraintes internes liées à la redondance. Les déformations élastiques sont négligées bien qu'il soit montré qu'elles ont une influence sur la précision de positionnement après étalonnage. Des méthodes de modélisation qui prennent en compte la géométrie du mécanisme ainsi que la rigidité des éléments sont donc développées pour améliorer la précision de l'étalonnage. Avec de telles méthodes, il est possible de déterminer la position de l'outil des mécanismes à redondance d'actionnement à partir de paramètres géométriques et élastiques et de la position de tous les actionneurs. Les méthodes de modélisation sont d'abord appliquées sur un mécanisme simple. Elles sont ensuite testées sur une machine réelle et utilisées dans des processus d'étalonnage.

Leistungshalbleiter werden in Windenergieanlagen, Elektroautomobilen und vielen anderen Applikationen eingesetzt, bei denen die elektrische Energie in eine spezielle Form zu wandeln ist, um etwa Netzeinspeisung bei Windenergieanlagen oder eine spezifische Beschleunigung bei Elektroautomobilen zu realisieren. Bei ihrem Einsatz altern sie, dabei spielen Lastwechsel eine besondere Rolle. Es wird untersucht, welche Aspekte eine wichtige Rolle bei der Lastwechselbelastung einnehmen, wie sie zu berechnen und zu berücksichtigen sind. Am Beispiel von Leistungsmessdaten zweier an der mittelnorwegischen Küste betriebenen Windenergieanlagen wird beispielhaft gezeigt, wie die Lastwechselbelastung ermittelt werden kann. Im Rahmen der Arbeit wurde ein modularer 2000A Lastwechseltester entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen, der mit einer neuen VCE(T) Kalibriermethode, der Aktiven Kalibrierung, ausgerüstet ist. Tester und Kalibriervorgang werden vorgestellt und im Detail diskutiert. Auf dieser Basis werden Perspektiven aufgezeigt, wie Lastwechseltester zukünftig optimiert gestaltet und die Messmethoden zur Alterungsbestimmung in die Applikation überführt werden können. / Power semiconductors are deployed in wind mills, electrical cars and many other applications whenever electrical energy has to be transformed into an intended form e.g. to feed-in wind energy or to accelerate a car. In use they fatigue at which power cycles play an important role. This work investigates the aspects taking the main role at power-cycle load, how they are to calculate and how to be considered. Based on power measurements of two wind mills placed at the middle Norwegian coast, it is shown how to determine the power cycle load. A modular 2000A power cycling test equipment has been developed, built-up and run-in. By means of this equipment a new VCE(T) calibration-method is demonstrated. The equipment as well as the calibration procedure is presented and discussed in detail. On that basis perspectives are depicted how power cycle equipment can be optimized and, moreover, methods for fatigue determination can be transferred from laboratory into application.

Der Einsatz von hydrologischen Modellen zur Unterstützung von Planung und Betrieb von Entwässerungssystemen ist als Stand der Technik anzusehen. Realitätsnahe und sichere Modellergebnisse stellen dabei die Grundlage für eine zielgerichtete Entscheidungsfindung dar. Nur durch eine Kalibrierung können Parameter von konzeptionellen Modellen zur Berechnung des Niederschlag-Abfluss-Prozesses an die Randbedingungen des zu simulierenden technischen oder natürlichen Systems angepasst werden. Auch wenn die Kalibrierung eines Modells entscheidend zur Erhöhung der Realitätsnähe beiträgt, kann diese durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei hydrologischen Modellen nicht ausschließlich deterministische Gleichungen mit physikalisch basierten Parametern eingesetzt werden. Wesentliche Einflussfaktoren auf die Kalibrierung von urbanhydrologischen Modellen sind die gewählte Modellstruktur, die Eingangsdaten, die Kalibrierdaten, die Auswahl von Kalibrierereignissen sowie die eigentliche Kalibriermethodik. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Einflüsse der Kalibrierdaten, der Auswahl von Ereignissen und der Kalibriermethodik auf die Ergebnisse der automatischen Kalibrierung mittels multikriterieller Optimierungsverfahren untersucht.

Within a research project about future sustainable water management options in the Elbe River basin, quasi-natural discharge scenarios had to be provided. The semi-distributed eco-hydrological model SWIM was utilised for this task. According to scenario simulations driven by the stochastical climate model STAR, the region would get distinctly drier. However, this thesis focuses on the challenge of meeting the requirement of high model fidelity even for smaller sub-basins. Usually, the quality of the simulations is lower at inner points than at the outlet. Four research paper chapters and the discussion chapter deal with the reasons for local model deviations and the problem of optimal spatial calibration. Besides other assessments, the Markov Chain Monte Carlo method is applied to show whether evapotranspiration or precipitation should be corrected to minimise runoff deviations, principal component analysis is used in an unusual way to evaluate local precipitation alterations by land cover changes, and remotely sensed surface temperatures allow for an independent view on the evapotranspiration landscape. The overall insight is that spatially explicit hydrological modelling of such a large river basin requires a lot of local knowledge. It probably needs more time to obtain such knowledge as is usually provided for hydrological modelling studies. / Innerhalb eines Forschungsprojekts zu zukünftigen nachhaltigen Optionen der Wasserwirtschaft im Elbe-Einzugsgebiet mußten quasi-natürliche Abflußszenarien bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck wurde das räumlich diskretisierte ökohydrologische Modell SWIM eingesetzt. Nach den von dem stochastischen Klimamodell STAR angetriebenen Szenariosimulationen würde die Region deutlich trockener werden. Allerdings ist das Hauptthema dieser Dissertation die Herausforderung, die Ansprüche an hohe Modelltreue auch für kleinere Teileinzugsgebiete zu erfüllen. Normalerweise ist die Qualität der Simulationen für innere Punkte geringer als am Gebietsauslaß. Vier Fachartikel-Kapitel und das Diskussionskapitel beschäftigen sich mit den Gründen für lokale Modellabweichungen und dem Problem optimaler räumlicher Kalibrierung. Unter anderem wird die Markovketten-Monte-Carlo-Methode angewendet, um zu zeigen, ob Verdunstung oder Niederschlag korrigiert werden sollte, um Abweichungen des Abflusses zu minimieren, die Hauptkomponentenanalyse wird auf eine unübliche Weise benutzt, um lokale Niederschlagsänderungen aufgrund von Landnutzungsänderungen zu untersuchen, und fernerkundete Oberflächentemperaturen erlauben eine unabhängige Sicht auf die Verdunstungslandschaft. Die grundlegende Erkenntnis ist, daß die räumlich explizite hydrologische Modellierung eines so großen Flußeinzugsgebiets eine Menge Vor-Ort-Wissen erfordert. Wahrscheinlich wird mehr Zeit benötigt, solches Wissen zu erwerben, als üblicherweise für hydrologische Modellstudien zur Verfügung steht.