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Christoph Menz

• In der vorliegenden Arbeit wird der Entwurf und die Realisierung eines Systems zur Geschwindigkeits- und Abstandsregelung für die Anwendung innerhalb schienengeführter Sommerrodelbahnen dargelegt. Zunächst wird auf Grundlage physikalischer Zusammenhänge ein Modell der Regelstrecke hergeleitet, das sich aus zwei Teilsystemen, dem Bremssystem sowie der Längsdynamik, zusammensetzt. Die zugehörigen Parameter werden anhand experimentell aufgezeichneter Messwerte identifiziert. Da es mit der im System verwendeten Sensorik nicht möglich ist, dessen Zustand vollständig zu erfassen, ist eine Zustandsschätzung notwendig. Zu diesem Zwecke wird ein Luenberger-Beobachter entworfen, mit dem eine Schätzung des Zustands des Bremssystems ermöglicht wird. Die Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung der Fahrzeuge erfolgt mit Hilfe eines erweiterten Kalman-Filters, welches auf Grundlage wegdiskret verfügbarer Messwerte eine zyklische Zustandsschätzung bereitstellt. Das Filter wird darüber hinaus um eineIn der vorliegenden Arbeit wird der Entwurf und die Realisierung eines Systems zur Geschwindigkeits- und Abstandsregelung für die Anwendung innerhalb schienengeführter Sommerrodelbahnen dargelegt. Zunächst wird auf Grundlage physikalischer Zusammenhänge ein Modell der Regelstrecke hergeleitet, das sich aus zwei Teilsystemen, dem Bremssystem sowie der Längsdynamik, zusammensetzt. Die zugehörigen Parameter werden anhand experimentell aufgezeichneter Messwerte identifiziert. Da es mit der im System verwendeten Sensorik nicht möglich ist, dessen Zustand vollständig zu erfassen, ist eine Zustandsschätzung notwendig. Zu diesem Zwecke wird ein Luenberger-Beobachter entworfen, mit dem eine Schätzung des Zustands des Bremssystems ermöglicht wird. Die Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung der Fahrzeuge erfolgt mit Hilfe eines erweiterten Kalman-Filters, welches auf Grundlage wegdiskret verfügbarer Messwerte eine zyklische Zustandsschätzung bereitstellt. Das Filter wird darüber hinaus um eine Schätzung der jeweiligen Fahrzeugmasse erweitert. Die eigentliche Regelung des Systems basiert auf einer kaskadierten Struktur, die eine Bremspositionsregelung, eine Geschwindigkeitsregelung sowie eine Abstandsregelung umfasst. Aufgrund der Modellstruktur werden für die Realisierung der einzelnen Regler unterschiedliche Methoden angewandt. Während das Bremssystem mittels exakter Linearisierung geregelt wird, erfolgt die Geschwindigkeitsregelung mit Hilfe eines prädiktiven Ansatzes, der eine explizite Berücksichtigung des Bahnverlaufes erlaubt. Zur Realisierung einer Abstandsregelung wird zudem ein linearer PD-Regler entworfen. Die Erprobung und Parametrierung der einzelnen Methoden erfolgt zunächst simulativ unter idealisierten Bedingungen, bevor das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten anhand realitätsnaher Simulationen analysiert wird. Abschließend werden die Integration der vorgestellten Lösung in das reale System dargestellt und erste Testergebnisse präsentiert.…