Unser Student Lukas Weber hat am 10. März den Hauke-Trinks-Preis für seine herausragende Bachelorarbeit zum Thema Vergleich von Input Shaping und Delayed Feedback Control zur Unterdrückung von Modellierungsfehlern in Flugreglern erhalten. Lukas Weber hat sich am Institut für Lufttransportsysteme mit regelungstechnischen Ansätzen zur künstlichen Schwingungsdämpfung von Mehrkörper-Flugdrohnen befasst. Wir gratulieren Lukas Weber herzlich zu diesem großartigen Erfolg. "Die Preisverleihung sehen wir als Bestätigung einer sehr guten Lehre und spannender Forschung", so Institutsleiter Prof. Dr. Volker Gollnick.

Motivation, Zielsetzung und Zusammenfassung der Arbeit

Die Regelung von kleinen wendigen Fluggeräten wie Quadro- oder Hexakoptern erfordert leistungsfähige Algorithmen, wobei die Herleitung der Regelgesetze (linear oder nichtlinear) in vielen Fällen auf einer mathematischen Modellbeschreibung der physikalischen Regelstrecke basiert. Je nach Modellierungsgrad ergeben sich hierbei Modellierungsfehler, welche aufgrund exogener Störungen oder parametrischen Unsicherheiten unvermeidlich sind. Zu diesem Zweck ist es üblich, den sog. „Baseline“-Flugregler durch einen Augmentierungsansatz zu erweitern, um dadurch die Fähigkeit des Flugreglers zur Unterdrückung von Modellierungsfehlern zu erhöhen und seine Performance in Gegenwart von Unsicherheiten zu steigern. Zwei in der Literatur etablierte Ansätze sind hierbei Input Shaper, welche im offenen Regelkreis zu den feedforward Techniken gehören, und Delayed Feedback Controller, welche im geschlossenen Regelkreis zu den feedback Techniken zählen.

In bisherigen Studien wurden diese Ansätze zwar eingehend mathematisch untersucht und bspw. auf komplexe Cont.-Kransysteme oder Hubschrauber-/Drohnenschlepplastsysteme angewendet. Eine Untersuchung hinsichtlich der Realisierbarkeit dieser Ansätze zur Schwingungsdämpfung einer Mehrkörper-Transportdrohne – bestehend aus einem multi-rotor UAV und einem mit Helium gefüllten Ballon, welche durch eine elastische Seilverbindung gekoppelt sind – ist im aktuellen Stand der Wissenschaft noch nicht hinreichend quantifiziert worden. An dieser Stelle setzt die Bachelorarbeit an und präsentiert erstmals einen Modellansatz zur Flugregleraugmentierung eines hybriden UAVs, bei welchem durch das Hinzufügen eines aerostatischen Auftriebs die, durch die LiPo Batterie begrenzte, Flugzeit der Drohne signifikant erhöht wird; bei gleichzeitiger Sicherstellung aller flugdynamischen Eigenschaften. Als besonderer wissenschaftlicher Mehrwert konnte im Rahmen der Bachelorarbeit von Lukas Weber eine sog. Damping Map hergeleitet werden, welche auf Basis der Wurzelortskurve die flugagile Schwingungscharakteristik des Mehrkörpersystems abbildet und letztendlich eine eindeutige und optimale Bestimmung der unbekannten Reglergrößen des Feedback-Controllers ermöglicht.