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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung
Ausschreibung für die Fachrichtungen:

  • Automatisierungstechnik
  • Elektrotechnik
  • Informatik
  • Kybernetik
  • Logistik
  • Luft- und Raumfahrttechnik
  • Mathematik
  • Mechatronik
  • Regelungstechnik
  • Softwaredesign
  • Softwareengineering
  • technische Informatik
  • Technologiemanagement
  • Wirtschaftsingenieurwesen


Automatisierung: Entwicklung einer Seilrobotersimulationsumgebung in ISG-virtuos - Studien-/Abschlussarbeit

Kennziffer: IPA-2016-265
Ihre Aufgaben:

Hintergrund
Simulationsumgebungen sind ein hilfreiches Tool in der Entwicklung neuer Technologien. Es gibt dabei eine Vielzahl verschiedener Tools, in denen die Modelle entwickelt werden können. Die bekannteste Softwarelösung ist MATLAB und Simulink. Aufgrund der vielen Möglichkeiten ein Simulationsmodell aufzubauen (durch Übertragungsfunktionen oder auch physikalische Modell aus der SimScape-Toolbox) erfreut sich Simulink einer hohen Beliebtheit. Wenngleich Simulink sehr ausgereifte Solver für die Simulationsmodelle besitzt, ist es dennoch recht softwarelastig. Eine schnelle Implementierung von Hardware-in-the-Loop ist nicht immer möglich. In vielen Fällen muss die Simulationsgenauigkeit oder -geschwindigkeit reduziert werden.
Abhilfe können hier Echtzeitsimulationsanwendungen schaffen, wie ISG-virtuos. Die Methodologie, mit der entsprechende Modelle entwickelt werden, ist dafür eine andere. Allerdings können die in ISG-virtuos entwickelten Modelle nicht nur für die reine Simulation, sondern auch für die virtuelle Inbetriebnahme verwendet werden. Ein Simulationsmodell eines Seilroboters in ISG-virtuos hat damit den Vorteil, dass die Echtzeitfähigkeit entwickelter Steuerungs- und Regelungsalgorithmen auf einer virtuellen Testbench untersucht werden kann. Damit ist es möglich, den Entwicklungs- und Testaufwand erheblich zu reduzieren.

Problemstellung
Das am Institut entwickelte Simulationsmodell eines Seilroboters nutzt die wesentlichen Vorteile von MATLAB und Simulink um eine realitätsnahe Simulation von Seilrobotern zu ermöglichen. Dies geschieht in vielen Fällen allerdings auf Kosten der Geschwindigkeit der Simulation bzw. des Lösens der dem System unterliegenden Differentialgleichungen. Umgekehrt heißt dies, das Simulationsmodell ist in seiner aktuellen Form nicht mehr echtzeitfähig. Auch ist es schwierig, die aktuell verwendete Steuerungssoftware mit MATLBA und Simulink zu verknüpfen um eine Hardware-in-the-Loop-Simulation zu ermöglichen.
Eine entsprechende Lösung bietet ISG-virtuos, doch besteht hier bisher nur eine äußerst rudimentäre Simulationsumgebung. Diese entspricht nicht dem gleichen Stand wie die Simulink-Implementierung und ist darüber hinaus auch nicht weitgehend untersucht. Die Entwicklung eines ISG-virtuos Modells für die Echtzeitsimulation und virtuelle Inbetriebnahme von Seilrobotern ist daher naheliegend, nicht zuletzt aufgrund der örtlichen und thematischen Nähe zur ISG.

Aufgabe
Das vorhandene Simulink-Simulationsmodell soll auf ISG-virtuos transferiert werden. Dabei müssen die entsprechenden Komponenten in die virtuos Bereiche "virtuosM", "virtuosV" und "virtuosS" aufgeteilt werden. Neben der Visualisierung in virtuosV soll vor allem auch die Dynamik des 8-achsigen Seilroboters mit 6 Freiheitsgraden in virtuosM implementiert werden.

In einer ersten Runde bedarf es hier lediglich einer einfachen Implementierung der Newton-Euler-Dynamik des Seilroboters und eines einfachen Feder-Dämpfer-Modells des Seiles. Im weiteren Verlauf kann dann dieses Modell entweder gegen die echte Steuerung getestet werden oder aber mit dem realen System verglichen werden. Fokus soll hier vor allem auf der Echtzeitfähigkeit des Modells liegen. Es wäre auch denkbar im Rahmen der Arbeit verschiedene Algorithmen der inversen Kinematik zu implementieren und auf ihre Echtzeitfähigkeit hin zu untersuchen.




Ihre Voraussetzungen:
  • Kenntnisse in mechanischer Modellierung, Analyse, Simulation und Optimierung
  • Wissen in der Modellierung und Kinematik serieller und paralleler Kinematiken
  • Programmierkenntnisse - C++, ISG-virtuos
  • Gute Kenntnisse in LaTeX und English (Ausarbeitung sollte in LaTeX und auf Englisch verfasst werden)




Allgemein:
Die Stelle ist auf eine Dauer von 4-6 Monaten ausgelegt


Fragen zu dieser Position beantwortet gerne:
Frau Nina Warth
Tel.: 0711 970 1130

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung
Stuttgart

http://www.ipa.fraunhofer.de


Erschienen auf academics.de am 02.09.2016
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