24.08.2017
Modellierung und Regelung hydraulischer Antriebssysteme

Projektschwerpunkte

• Mathematische Modellierung von hydraulischen Systemen, insbesondere Axialkolbenmaschinen
• Adaptive, nichtlineare Regelung von Axialkolbenmaschinen
• Optimale, modell-prädiktive Regelungsstrategien für Axialkolbenmaschinen
• Anwendung für einen hydraulischen Hybridantrieb

Beschreibung

Hydraulische Antriebe weisen eine große Verbreitung in vielen industriellen Anwendungen auf. Dies liegt an der hohen Leistungsdichte bei geringem Bauraum und Gewicht. Die Regelung von hydraulischen Antrieben erfolgt dabei meist mit Hilfe von Ventilen, womit eine sehr hohe Dynamik erreichbar ist. Der wesentliche Nachteil bei einer Ventilsteuerung besteht jedoch in den relativ großen energetischen Verlusten.

Um die energetische Effizienz zu erhöhen werden in diesem Forschungsprojekt verstellbare Pumpen bzw. Motoren betrachtet. Insbesondere werden Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise betrachtet, die eine kontinuierliche und relativ schnelle Veränderung des geförderten Volumenstroms durch Verdrehung der Schwenkscheibe (swash-plate) erlauben, siehe Abb. 1. In dieser Forschungskooperation mit der Firma Robert Bosch GmbH werden optimale Regelungsstrategien für den Schwenkwinkel entwickelt, die die Basis für eine Regelung des Volumenstroms, des Drucks und des mechanischen Moments der Maschine bilden.

Die Herausforderung bei der Entwicklung einer Regelungsstrategie sind dabei die ausgeprägten Nichtlinearitäten und die Beschränkungen des Systems, sowie schnell veränderliche externe Lasten. Für Anwendungen mit schnell veränderlichen Lasten wurde eine nichtlineare adaptive Regelungsstrategie mit zugehöriger Schätzung der Last entwickelt. Um eine systematische Berücksichtigung der Nichtlinearitäten und Beschränkungen des Systems zu ermöglichen, werden nichtlineare, modellprädiktive Regelungsstrategien entwickelt. Die dazu notwendigen internen, nicht messbaren Zustände des Systems werden durch geeignete nichtlineare Beobachterkonzepte ermittelt. Es konnte in diesem Forschungsprojekt bereits gezeigt werden, dass eine echtzeitfähige Implementierung eines solchen Regelungskonzeptes auf einer industriellen Echtzeithardware mit einer Abtastzeit von 1 ms möglich ist.

Basierend auf der optimalen Schwenkwinkelregelung werden erweiterte Regelungsstrategien z.B. für die Regelung der Drehzahl der Axialkolbenmaschine entwickelt. Eine mögliche Anwendung, die im Rahmen des gemeinsamen Forschungsprojektes mit der Firma Robert Bosch GmbH betrachtet wurde, ist ein hydraulisches Hybridsystem, siehe Abb. 3. Dieses System besteht im Wesentlichen aus einem Verbrennungskraftmotor (ICE), sowie einem hydraulischen Antriebsstrang, der zwei Axialkolbenmaschinen (APU) aufweist. Um die beim Bremsen des Fahrzeugs anfallende Energie zu speichern, wird Öl in einen Kolbenspeicher gefördert. Für dieses System wurden im Rahmen der Forschungsarbeiten mathematische Modelle des Systems entwickelt und Schätzstrategien für den Ladezustand des Kolbenspeichers erforscht. Weiterhin wurde für gewisse Betriebsfälle eine optimale (modell-prädiktive) Regelungsstrategie entwickelt, die ein bestmögliches Folgen des Fahrerwunsches bei gleichzeitiger Minimierung der Verluste des Systems ermöglicht.

Ausgewählte Publikationen

• P. Zeman, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Nonlinear Model Predictive Control of Axial Piston Pumps, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol. 139, iss. 8, p. 081008-1–081008-11, 2017.
  [BibTex]

  @Article{Zeman17,
  Title = {Nonlinear Model Predictive Control of Axial Piston Pumps},
  Author = {Zeman, P. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  Journal = {Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control},
  Pages = {081008-1--081008-11},
  Volume = {139},
  Year = {2017},
  Number = {8},
  Doi = {10.1115/1.4035608},
  ISSN = {0022-0434},
  }

• P. Zeman, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Energy-efficient Constrained Control of a Hydrostatic Power Split Drive, in Proceedings of the 20th IFAC World Congress, Toulouse, France, 2017, p. 4775–4780.
  [BibTex]

  @InProceedings{Zeman17a,
  author = {Zeman, P. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  title = {Energy-efficient Constrained Control of a Hydrostatic Power Split Drive},
  booktitle = {Proceedings of the 20th IFAC World Congress},
  year = {2017},
  volume = {50},
  number = {1},
  month = {7},
  pages = {4775--4780},
  doi = {10.1016/j.ifacol.2017.08.959},
  address = {Toulouse, France},
  issn = {2405-8963},
  }

• A. Pfeffer, T. Glück, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Mathematical modelling of a hydraulic accumulator for hydraulic hybrid drives, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, vol. 22, iss. 5, p. 397–411, 2016.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Pfeffer16,
  Title = {Mathematical modelling of a hydraulic accumulator for hydraulic hybrid drives},
  Author = {Pfeffer, A. and Gl\"uck, T. and Kemmetm\"uller, Wolfgang and Kugi, Andreas},
  Journal = {Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems},
  Pages = {397--411},
  Volume = {22},
  Year = {2016},
  Number = {5},
  Doi = {10.1080/13873954.2016.1174716},
  ISSN = {1387-3954},
  }

• P. Zeman, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Model Predictive Speed Control of Axial Piston Motors, in Proceedings of the 10th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2016), Monterey, USA, 2016, p. 772–777.
  [BibTex]

  @InProceedings{Zeman16,
  author = {Zeman, P. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  title = {Model Predictive Speed Control of Axial Piston Motors},
  booktitle = {Proceedings of the 10th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2016)},
  year = {2016},
  volume = {49},
  number = {18},
  month = {8},
  pages = {772--777},
  doi = {10.1016/j.ifacol.2016.10.259},
  address = {Monterey, USA},
  issn = {2405-8963},
  }

• A. Pfeffer, T. Glück, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, State of Charge Estimator Design for a Hydro-Pneumatic Accumulator, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol. 137, iss. 6, p. 061014:1–061014:9, 2015.
  [BibTex]

  @Article{Pfeffer15,
  Title = {State of Charge Estimator Design for a Hydro-Pneumatic Accumulator},
  Author = {Pfeffer, A. and Gl\"uck, T. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  Journal = {Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control},
  Pages = {061014:1--061014:9},
  Volume = {137},
  Year = {2015},
  Number = {6},
  Doi = {10.1115/1.4029407},
  }

• P. Zeman, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Mathematical Modeling and Analysis of a Hydrostatic Drive Train, in Proceedings of the 8th Vienna International Conference on Mathematical Modelling (MATHMOD), Vienna, Austria, 2015, p. 508–513.
  [BibTex]

  @InProceedings{Zeman15,
  author = {Zeman, P. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  title = {Mathematical Modeling and Analysis of a Hydrostatic Drive Train},
  booktitle = {Proceedings of the 8th Vienna International Conference on Mathematical Modelling (MATHMOD)},
  year = {2015},
  month = {2},
  pages = {508--513},
  doi = {10.1016/j.ifacol.2015.05.064},
  address = {Vienna, Austria},
  }

• W. Kemmetmüller, F. Fuchshumer, and A. Kugi, Nonlinear pressure control of self-supplied variable displacement axial piston pumps, Control Engineering Practice, vol. 18, p. 84–93, 2010.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Kemmetmuller10,
  Title = {Nonlinear pressure control of self-supplied variable displacement axial piston pumps},
  Author = {W. Kemmetm{\"u}ller and F. Fuchshumer and A. Kugi},
  Journal = {Control Engineering Practice},
  Pages = {84--93},
  Volume = {18},
  Year = {2010},
  Doi = {10.1016/j.conengprac.2009.09.006},
  }

Projektpartner

• Robert Bosch GmbH

  23.08.2017
Regelung von Pumpspeicherkraftwerken

Projektschwerpunkte

• Entwicklung effizienter Modelle zur Beschreibung der Strömung in Druckrohrleitungen
• Entwicklung skalierbarer, physikalisch-basierter digitaler Zwillinge von Pumpspeicherkraftwerken
• Entwurf optimaler (modell-prädiktiver) Regelungsstrategien
• Untersuchung der Beobachtung von nicht messbaren Größen

Beschreibung

Durch den vermehrten Ausbau von erneuerbaren Energieerzeugungssystemen (Windkraft, Sonnenkraft) ist der Anteil an Kraftwerken mit stark fluktuierender Leistung in den europäischen Energieverteilungsnetzwerken wesentlich angestiegen. Um die Stabilität der Netzwerke zu garantieren sind daher entsprechende Speicher notwendig. Die am weitesten verbreitete Möglichkeit zur Speicherung von elektrischer Energie sind Pumpspeicherkraftwerke, die im Wesentlichen aus zwei Wasserbecken auf unterschiedlicher Meereshöhe bestehen, welche über Rohrleitungen und Turbinen miteinander verbunden sind, siehe Abb. 1. Wenn nun überschüssige Leistung im Netz vorhanden ist, so wird Wasser vom unteren ins obere Becken gepumpt. Umgekehrt wird Leistung ins Netz abgegeben indem Wasser vom oberen Becken über die Turbine ins untere Becken gefördert wird.



Typischer Aufbau eines Pumpspeicherkraftwerkes

In diesem Forschungsprojekt werden in Kooperation mit der Firma Andritz Hydro Regelungsstrategien für den optimalen dynamischen Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken entwickelt. Es werden Anlagen mit konstanter Drehzahl (Synchronmaschine) und drehzahlvariable Anlagen (doppelt-gespeiste Asynchronmaschine oder Synchronmaschine mit Vollumrichter)betrachtet. Ein typischer Aufbau eines Pumpspeicherkraftwerks mit doppelt-gespeisten Asynchronmaschinen (DFIM) ist in Abb. 2 dargestellt.



Komponenten eines drehzahlvariablen Pumpspeicherkraftwerks

Eine wesentliche Schwierigkeit bei der dynamischen Regelung von Pumpspeicherkraftwerken sind die häufig sehr langen Rohrleitungen (im Bereich von bis zu einigen Kilometern), die die Turbinen mit den Becken verbinden. Bei schnellen Verstellungen der Turbine werden dabei Druckwellen angeregt, die sich in den Leitungen ausbreiten (Druckstoß) und zu einer hohen Belastung bis zum Defekt der Rohrleitungen führen können. Die Abb. 3 zeigt einen typischen Verlauf des Drucks und des Volumenstroms entlang einer Druckrohrleitung bei einem schnellen Schließen der Turbine.



Örtlicher und zeitlicher Verlauf des Drucks und Volumenstroms einer Rohrleitung

Um diese Effekte zu beschreiben werden in diesem Projekt Approximationen der infinit-dimensionalen Gleichungen hergeleitet, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf eine möglichst hohe numerische Effizienz gelegt wird. Dies ist vor allem für den Einsatz der Modelle in modellbasierten Regelungsstrategien von besonderer Bedeutung. Auf Basis dieser Modelle werden optimale Regelungsstrategien, insbesondere modellprädiktive Ansätze, untersucht. Auf Basis dieser Modelle und den Modellen des elektrischen Systems wird ein skalierbarer physikalisch-basierter digitaler Zwilling (einschließlich Sensoren und Aktoren) entwickelt. Der physikalisch-basierte digitale Zwilling ermöglicht eine einfache Anpassung an verschiedene Topologien von Pumpspeicherkraftwerken (Anzahl der Rohrleitungen, Turbinen- und Generatortypen, verschiedene Elemente im elektrischen System) unter Verwendung von Konstruktionsparametern der Anlagen. Der digitale Zwilling dient auch zur Untersuchung optimaler Regelstrategien (modellprädiktive Regelung). Das Ziel ist dabei eine wesentliche Erhöhung der Regeldynamik (und damit des Potenzials für eine Stabilisierung von Schwankungen im Verteilnetz) bei Beibehaltung bzw. Erhöhung des Wirkungsgrads. Die optimale Steuerung hochdynamischer Transienter (z. B. Lastabwurf) wird ebenfalls untersucht.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt im optimalen Anlagebetrieb. Ein Aspekt ist die optimale wirtschaftliche Kraftwerksauslastung mittels Day-Ahead-Optimierungen und der Regelung kurzfristiger Überlastungen, um im Intraday-Handel zur Verfügung stehende Reserven zu vermarkten. Ein weiterer Aspekt ist der Kraftwerksbetrieb bei minimalem Verschleiß, um die Lebensdauer des Kraftwerks zu verlängern.

Ausgewählte Publikationen

• J. -F. Mennemann, L. Marko, J. Schmidt, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, The spectral element method as an efficient tool for transient simulations of hydraulic systems, Applied Mathematical Modelling, vol. 54, p. 627–647, 2018.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Mennemann2018,
  author = {Mennemann, J.-F. and Marko, L. and Schmidt, J. and Kemmetm{\"u}ller, W. and Kugi, A.},
  title = {{The spectral element method as an efficient tool for transient simulations of hydraulic systems}},
  doi = {10.1016/j.apm.2017.10.010},
  issn = {0307-904X},
  pages = {627--647},
  volume = {54},
  journal = {Applied Mathematical Modelling},
  year = {2018},
  }

• J. Schmidt, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Modeling and static optimization of a variable speed pumped storage power plant, Renewable Energy, vol. 111, p. 38–51, 2017.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Schmidt17,
  Title = {Modeling and static optimization of a variable speed pumped storage power plant},
  Author = {Schmidt, J. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  Journal = {Renewable Energy},
  Pages = {38--51},
  Volume = {111},
  Year = {2017},
  Doi = {10.1016/j.renene.2017.03.055},
  ISSN = {0960-1481},
  }

• J. -F. Mennemann, J. Schmidt, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Simulation von Welleneffekten in Pumpspeicherkraftwerken mit Hilfe der Spektral-Element-Methode, at – Automatisierungstechnik, vol. 64, iss. 8, p. 681–695, 2016.
  [BibTex]

  @Article{Mennemann16,
  Title = {{Simulation von Welleneffekten in Pumpspeicherkraftwerken mit Hilfe der Spektral-Element-Methode}},
  Author = {Mennemann, J.-F. and Schmidt, J. and Kemmetm{\"u}ller, W. and Kugi, A.},
  Journal = {at -- Automatisierungstechnik},
  Pages = {681--695},
  Volume = {64},
  Year = {2016},
  Number = {8},
  Doi = {10.1515/auto-2016-0061},
  ISSN = {0178-2312},
  }

• J. Mennemann, J. Schmidt, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Anwendung der Spectral-Penalty-Methode zur effizienten Diskretisierung der Massen- und Impulsbilanzgleichungen in Rohrleitungssystemen von Pumpspeicherkraftwerken, in Tagungsband GMA-Fachausschuss 1.30 „Modellbildung, Identifikation und Simulation in der Automatisierungstechnik“, Anif/Salzburg, Austria, 2015, p. 56–95.
  [BibTex]

  @InProceedings{Mennemann15,
  author = {Mennemann, Jan-Frederik and Schmidt, J. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  title = {{Anwendung der Spectral-Penalty-Methode zur effizienten Diskretisierung der Massen- und Impulsbilanzgleichungen in Rohrleitungssystemen von Pumpspeicherkraftwerken}},
  booktitle = {Tagungsband GMA-Fachausschuss 1.30 "Modellbildung, Identifikation und Simulation in der Automatisierungstechnik"},
  year = {2015},
  month = {9},
  isbn = {978-3-9815012-9-2},
  pages = {56--95},
  address = {Anif/Salzburg, Austria},
  }

• J. Schmidt, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Modellierung und Analyse eines Pumpspeicherkraftwerks mit drehzahlvariablem Generator, in Tagungsband GMA-Fachausschuss 1.30 „Modellbildung, Identifikation und Simulation in der Automatisierungstechnik“, Anif/Salzburg, Austria, 2014, p. 38–68.
  [BibTex]

  @InProceedings{Schmidt14,
  author = {Schmidt, J. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  title = {Modellierung und {A}nalyse eines {P}umpspeicherkraftwerks mit drehzahlvariablem {G}enerator},
  booktitle = {Tagungsband GMA-Fachausschuss 1.30 "Modellbildung, Identifikation und Simulation in der Automatisierungstechnik"},
  year = {2014},
  month = {9},
  pages = {38--68},
  address = {Anif/Salzburg, Austria},
  }

• L. Marko, J. -F. Mennemann, L. Jadachowski, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Early- and late-lumping observer designs for long hydraulic pipelines: Application to pumped-storage power plants, Int. Journal of Robust and Nonlinear Control, vol. 28, iss. 7, p. 2759–2779, 2018.
  [BibTex]

  @Article{Marko2018,
  author = {Marko, L. and Mennemann, J.-F. and Jadachowski, L. and Kemmetm{\"u}ller, W. and Kugi, A.},
  title = {{Early- and late-lumping observer designs for long hydraulic pipelines: Application to pumped-storage power plants}},
  doi = {10.1002/rnc.4049},
  issn = {1099-1239},
  number = {7},
  pages = {2759--2779},
  volume = {28},
  journal = {Int. Journal of Robust and Nonlinear Control},
  year = {2018},
  }

Projektpartner und Förderung

• Andritz Hydro

  22.08.2017
Elektrorheologische Flüssigkeiten

Projektschwerpunkte

• Kontinuumsmechanische Modellierung von elektrorheologischen Flüssigkeiten
• Entwicklung und Regelung von elektrorheologischen Ventilen
• Entwicklung, Modellierung und Regelung von semi-aktiven elektrorheologischen Radaufhängungssystemen
• Umsetzung und Test an Prüfstanden bzw. an Testfahrzeugen

Beschreibung

In der klassischen Hydraulik werden Ventile verwendet um den Volumenstrom in einem hydraulischen System zu steuern. Das Grundprinzip beruht auf der Veränderung des Strömungsquerschnitts durch die Bewegung eines mechanischen Bauteils, z.B. des Ventilschiebers. Im Vergleich dazu erlauben elektrorheologische Flüssigkeiten eine direkte Änderung der rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit (im Wesentlichen der scheinbaren Viskosität) durch Anlegen eines hinreichend großen elektrischen Feldes. Dies ermöglicht die Beeinflussung des Volumenstroms in einem hydraulischen System ohne mechanische Bewegungen. Da dieser elektrorheologische (ER) Effekt sehr schnell ist (im Bereich weniger Millisekunden) erlaubt die Verwendung von ER-Flüssigkeiten (ERF) den Aufbau von sehr schnellen hydraulischen Aktoren. Weiterhin bietet die direkte Beeinflussung der Viskosität von ERF die Möglichkeit des Aufbaus von Ventilen ohne bewegliche Bauteile und somit sehr einfache Konstruktionen.

Im Rahmen der Forschungsarbeiten am Gebiet der ERF wurden mehrere mögliche Anwendungen im Bereich der Ventiltechnik, in elektrorheologischen Linearaktoren bzw. in Fahrzeugdämpfern bis hin zu Schockabsorbern für den maritimen Bereich untersucht. Die Basis lag dabei auf einer kontinuumsmechanischen Beschreibung der Eigenschaften der ERF (Spannung) als Funktion des angelegten elektrischen Feldes und der Scherrate. Ein typischer Verlauf der Schubspannung als Funktion der elektrischen Feldstärke einer ERF ist in Abb. 1 dargestellt.



Schubspannung einer ERF als Funktion der elektrischen Feldstärke

Die zentrale elektrorheologische Komponente ist ein ER-Ventil, welches im Wesentlichen aus zwei (parallelen) Elektroden besteht zwischen denen die ERF fließt, siehe Abb. 2. Durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden kann der Fließwiderstand erhöht werden. Bei hinreichend hoher elektrischer Spannung kann das Ventil sogar vollständig gesperrt werden.



Grundaufbau eines ER-Ventils

Diese Beeinflussung der Strömung erfolgt, wie bereits erwähnt, sehr schnell. In Abb. 3 ist der typische Verlauf der Fließgeschwindigkeit \(u_1\) der ERF in einem Ventil nach Abb. 2 für eine sprungförmige Änderung der Spannung bzw. des Drucks am Ventil dargestellt.



Änderung der Strömungsgeschwindigkeit in einem ER-Ventil für sprungförmige Änderung der Spannung bzw. des Drucks

Ein mögliches Anwendungsgebiet von ERF und ER-Ventilen sind Fahrzeugdämpfer. In semi-aktiven Radaufhängungssystemen werden verstellbare Dämpfer verwendet um einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Fahrkomfort und Fahrsicherheit zu erreichen. Dies wird durch eine Anpassung der Dämpfung an die Fahrsituation bzw. die Fahrbahnbeschaffenheit erreicht. Die Abb. 4 zeigt einen in Kooperation mit der Firma Fludicon entwickelten semi-aktiven Fahrzeugdämpfer, der für den Einsatz in Nutzfahrzeugen gedacht ist. Im Rahmen einer Forschungskooperation mit der Firma Fludicon erfolgte die Entwicklung von mathematischen Modellen sowie von Regelungsstrategien für Fahrzeuge, die mit diesen ER-Dämpfern ausgestattet sind. Anhand von Fahrversuchen mit einem Testfahrzeug konnte eine wesentliche Verbesserung des Verhaltens des Fahrzeuges im Vgl. zu einem passiven Fahrwerk gezeigt werden.



Schnittbild eines ER-Dämpfers

Die direkte Änderung der Eigenschaften der ERF durch ein elektrisches Feld erlaubt die gezielte Beeinflussung der Strömung durch geeignete Gestaltung der Elektrodengeometrie. Z.B. wurden im Rahmen eines weiteren Forschungsprojektes in Kooperation mit der Firma Fludicon digitale ER-Ventile entwickelt. Die Grundidee besteht dabei darin, den Strömungswiderstand durch geeignetes geschaltetes Ansteuern von mehreren seriell geschalteten ER-Ventilen stufenförmig zu verstellen. Dies erlaubt den Einsatz von günstigeren Hochspannungsquellen mit konstanter Spannung. Durch die Anpassung der Elektrodengeometrie, z.B. entsprechend einer binären Kodierung, können sehr geringe Stufenhöhen bereits mit einer geringen Anzahl von Einzelventilen erreicht werden, siehe Abb. 5. Mögliche Einsatzgebiete sind wiederum semi-aktive Dämpfungssysteme im Fahrzeugbereich.



Serielles digitales ER-Ventil mit zugehöriger Charakteristik

Zur Überprüfung der Eigenschaften der ERF und der entwickelten ER-Ventile wurde ein Prüfstand aufgebaut. Durch den Einsatz von transparenten Elektroden erlaubt dieser Prüfstand eine direkte Beobachtung der Strömung im Ventil und damit Rückschlüsse auf die Strömungsformen, siehe Abb. 6.



ER-Prüfstand und Elektroden eines digitalen ER-Ventils

In den nachfolgenden Videos sind drei Messungen dieses Prüfstands dargestellt. Das erste Video zeigt das in Abb. 6 dargestellte digitale ER-Ventil und die Änderung der Strömung bei abwechselnder Aktivierung der einzelnen Teilventile. Die Videos 2 und 3 zeigen eine Möglichkeit zur Führung einer Strömung von ERF entsprechend eines gewünschten Pfades (sinusförmig). Insbesondere wird gezeigt, wie Gebiete abseits des Pfades durch Anlegen einer Spannung gesperrt werden können ohne einen mechanischen Eingriff durchzuführen. Die Ergebnisse dieser Experimente können die Basis z.B. für Ventile in Matrixbauweise darstellen, die eine frei konfigurierbare Verbindung von mehreren Zu- und Abflüssen ohne mechanische Komponenten erlauben.

Ausgewählte Publikationen

• W. Kemmetmüller, K. Holzmann, A. Kugi, and M. Stork, Electrorheological Semiactive Shock Isolation Platform for Naval Applications, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 18, iss. 5, p. 1437–1447, 2013.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Kemmetmuller13a,
  Title = {{{E}lectrorheological {S}emiactive {S}hock {I}solation {P}latform for {N}aval {A}pplications}},
  Author = {W. Kemmetm{\"u}ller and K. Holzmann and A. Kugi and M. Stork},
  Journal = {IEEE/ASME Transactions on Mechatronics},
  Pages = {1437--1447},
  Volume = {18},
  Year = {2013},
  Number = {5},
  Doi = {10.1109/TMECH.2012.2203456},
  }

• M. Kamelreiter, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Digitally controlled electrorheological valves and their application in vehicle dampers, Mechatronics, vol. 22, iss. 5, p. 629–638, 2012.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Kamelreiter12,
  Title = {{Digitally controlled electrorheological valves and their application in vehicle dampers}},
  Author = {M. Kamelreiter and W. Kemmetm\"uller and A. Kugi},
  Journal = {Mechatronics},
  Pages = {629--638},
  Volume = {22},
  Year = {2012},
  Number = {5},
  Doi = {10.1016/j.mechatronics.2012.02.002},
  }

• M. Kamelreiter, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Digitale Ansteuerung elektrorheologischer Ventile und deren Anwendung in einem Fahrzeugdämpfer, in Tagungsband Mechatronik 2011 Dresden, Dresden, Germany, 2011, p. 37–42.
  [BibTex]

  @InProceedings{Kamelreiter11,
  author = {M. Kamelreiter and W. Kemmetm\"uller and A. Kugi},
  title = {{D}igitale {A}nsteuerung elektrorheologischer {V}entile und deren {A}nwendung in einem {F}ahrzeugd\"ampfer},
  booktitle = {Tagungsband Mechatronik 2011 Dresden},
  year = {2011},
  month = {3},
  pages = {37--42},
  address = {Dresden, Germany},
  }

• M. Kamelreiter, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Digital Control of Electrorheological Valves, in Proceedings of the 5th IFAC Symposium on Mechatronic Systems, Boston, USA, 2010, p. 640–645.
  [BibTex] [Download]

  @InProceedings{Kamelreiter10,
  author = {M. Kamelreiter and W. Kemmetm{\"u}ller and A. Kugi},
  title = {Digital Control of Electrorheological Valves},
  booktitle = {Proceedings of the 5th IFAC Symposium on Mechatronic Systems},
  year = {2010},
  month = {9},
  pages = {640--645},
  doi = {10.3182/20100913-3-US-2015.00075},
  address = {Boston, USA},
  }

• K. Holzmann, W. Kemmetmüller, A. Kugi, M. Stork, H. Rosenfeldt, and S. Schneider, Modeling and control of an off-road truck using electrorheological dampers, Journal of Physics: Conference Series, vol. 149, 012011, 2009.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Holzmann09,
  Title = {Modeling and control of an off-road truck using electrorheological dampers},
  Author = {K. Holzmann and W. Kemmetm{\"u}ller and A. Kugi and M. Stork and H. Rosenfeldt and S. Schneider},
  Journal = {Journal of Physics: Conference Series},
  Volume = {149, 012011},
  Year = {2009},
  Doi = {10.1088/1742-6596/149/1/012011},
  }

• M. Kamelreiter, W. Kemmetmüller, A. Kugi, K. Holzmann, and M. Stork, Modellierung und Regelung eines Kleintransporters mit semi-aktiver Radaufhängung basierend auf elektrorheo-logischen Dämpfern, in Mechatronik 2009, Wiesloch, Germany, 2009, p. 413–420.
  [BibTex]

  @InProceedings{Kamelreiter09,
  author = {M. Kamelreiter and W. Kemmetm{\"u}ller and A. Kugi and K. Holzmann and M. Stork},
  title = {Modellierung und {R}egelung eines {K}leintransporters mit semi-aktiver {R}adaufh{\"a}ngung basierend auf elektrorheo-logischen {D}{\"a}mpfern},
  booktitle = {Mechatronik 2009},
  year = {2009},
  month = {5},
  pages = {413--420},
  address = {Wiesloch, Germany},
  }

• K. Holzmann, W. Kemmetmüller, A. Kugi, M. Stork, H. Rosenfeldt, and S. Schneider, Modeling and control of an off-road truck using electrorheological dampers, in Proceedings 11th Conference on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions, Dresden, Germany, 2008.
  [BibTex]

  @InProceedings{Holzmann08,
  author = {K. Holzmann and W. Kemmetm{\"u}ller and A. Kugi and M. Stork and H. Rosenfeldt and S. Schneider},
  title = {Modeling and control of an off-road truck using electrorheological dampers},
  booktitle = {Proceedings 11th Conference on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions},
  year = {2008},
  month = {8},
  doi = {10.1088/1742-6596/149/1/012011},
  address = {Dresden, Germany},
  }

Projektpartner

• Fludicon GmbH

  16.08.2017
Aktive Kamerastabilisierungsplattform

Projektschwerpunkte

• Optimierung des Aufbaus (Aktoren, Sensoren) der Kamerastabilisierungsplattform
• Schätzung der Kameraorientierung mittels redundanter Inertialsensorik
• Entwurf einer nichtlinearen Regelungsstrategie für die Kameraorientierung
• Prototypische Implementierung und Test

Beschreibung

In vielen Filmszenen oder Video-Clips wird die Kamera dynamisch bewegt um die Perspektive zu wechseln oder um spannendere Filme zu erzeugen. Typischerweise kommen Kamerakräne, Steady-Cam Systeme, Kabelkameras oder Helikopterkameras zum Einsatz wenn solche Szenen produziert werden. Um unerwünschte Änderungen der Ausrichtung der Kamera zufolge der Bewegung des beweglichen Benutzers zu unterdrücken muss die Kamera stabilisiert werden. Dazu werden meist inertial stabilisierte Plattformen (ISP) mit kardanischer Aufhängung verwendet.

In diesem Projekt wurde eine neuartige aktive Kamerastabilisierungsplattform betrachtet, die vom Projektpartner qinematiq entwickelt wurde. Sie besitzt eine kardanische Aufhängung mit drei Freiheitsgraden, welche über in den Gelenken eingebaute Motoren aktuiert werden. Zur Messung der Orientierung der Kamera bzw. des Handgriffes der Plattform werden Inertialsensoren (IMUs) verwendet, siehe Abb. 1.



Experimenteller Aufbau der Kamerastabilisierungsplattform

Die wesentliche Regelungsaufgabe besteht in der Regelung der Orientierung der Kamera entsprechend dem Wunsch des Kameramanns. Für diese Aufgabe wurde eine flachheitsbasierte Regelungsstrategie entwickelt, welche auf Schätzung der Orientierung der Kamera und des Handgriffes der Plattform beruht. Diese Schätzwerte wurden mit Hilfe eines multiplikativen Extended Kalmanfilters ermittelt, welches die Messwerte aller Sensoren der Plattform fusioniert. Ein wesentlicher Schritt zum Erreichen der gewünschten Genauigkeit der Plattform war der Entwurf bzw. die Auswahl und Platzierung der Aktoren und Sensoren. Die praktische Verwendbarkeit der gesamten Regelungs- und Schätzstrategie wurde anhand von Experimenten an einem Prototypen der Plattform nachgewiesen.

Ausgewählte Publikationen

• F. Königseder, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Attitude Estimation Using Redundant Inertial Measurement Units for the Control of a Camera Stabilization Platform, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 24, iss. 5, p. 1837–1844, 2016.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Koenigseder16,
  Title = {Attitude Estimation Using Redundant Inertial Measurement Units for the Control of a Camera Stabilization Platform},
  Author = {K{\"o}nigseder, F. and Kemmetm{\"u}ller, W. and Kugi, A.},
  Journal = {IEEE Transactions on Control Systems Technology},
  Pages = {1837--1844},
  Volume = {24},
  Year = {2016},
  Number = {5},
  Doi = {10.1109/TCST.2015.2510324},
  ISSN = {1063-6536},
  }

• F. Königseder, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Modellierung und Regelung einer tragbaren Kamerastabilisierungsplattform, in Tagungsband Mechatronik 2013, Aachen, Germany, 2013, p. 99–104.
  [BibTex]

  @InProceedings{Konigseder13,
  author = {F. K{\"o}nigseder and W. Kemmetm{\"u}ller and A. Kugi},
  title = {{{M}odellierung und {R}egelung einer tragbaren {K}amerastabilisierungsplattform}},
  booktitle = {Tagungsband Mechatronik 2013},
  year = {2013},
  month = {3},
  pages = {99--104},
  address = {Aachen, Germany},
  }

Projektpartner und Förderung

• qinematiq
• Austrian Research Promotion Agency

  16.08.2017
Mobiler DRT-VLF Prüfgenerator

Projektschwerpunkte

• Modellierung, Modellverifikation und Systemanalyse
• Beobachter- bzw. Schätzerentwurf zur Online- und Offline-Bestimmung der Kabelkapazität
• Entwurf eines echtzeitfähigen Regelungskonzepts
• Optimierung der Systemparameter
• Umsetzung der Regelungs- und Schätzkonzepte am Prototyp

Beschreibung

In den letzten Jahren ist ein forcierter Ausbau der Energieerzeugung mittels regenerativer Systeme, wie z.B. Windkraftanlagen (On- und Off-Shore), Photovoltaik sowie Biomasse, zu verzeichnen. Die Anbindung dieser dezentralen Anlagen an das bestehende Stromverteilungsnetz erfolgt in der Regel mit Hilfe von Hoch- und Höchstspannungskabeln (HV, UHV) mit Spannungen bis zu 500 kV, welche in der Erde oder im Meer verlegt werden. Zum Testen der geforderten Funktionalität sowie zur Erkennung von Defekten bereits verlegter Kabel werden geeignete Prüfmethoden und -geräte benötigt.

Da die verbauten Hoch- bzw. Höchstspannungskabel sehr große Kabelkapazitäten besitzen, würde ein Test mit Netzfrequenz zu sehr hohen Blindleistungen führen, was sich direkt in der Baugröße und dem Gewicht niederschlägt. Für eine Reduktion der Blindleistung und damit der Größe des Prüfgenerators erfolgt daher vermehrt die Prüfung mit Testspannungen sehr niedriger Frequenz (VLF, ca. 0,01 Hz – 10 Hz).



Prototyp des VLF Prüfgenerators der Firma mohaupt high voltage

Im Zuge dieses Projekts wurde der in Abb. 1 dargestellte Prototyp eines von der Firma mohaupt high voltage entwickelten VLF Prüfgenerators betrachtet. Abbildung 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Hochspannungsprüfgenerators. Dieser besteht aus einem Leistungsmodul mit anschließendem Resonanzkreis, welche zur Erzeugung einer amplitudenmodulierten Hochspannung verwendet werden. Mit Hilfe der Demodulatoreinheit wird schließlich die gewünschte niederfrequente Prüfspannung im Frequenzbereich von 0,01 bis 10 Hz am Hochspannungskabel erzeugt.



Funktionsprinzip des DRT VLF Prüfgenerators

Für dieses System wurde im Rahmen des Projektes ein detailliertes mathematisches Modell unter Berücksichtigung der nichtlinearen Eigenschaften insbesondere des Demodulators erstellt. Basierend auf einer Analyse des Modells wurde ein reduziertes Hüllkurvenmodell ermittelt, welches die Basis für den weiteren Regler- und Beobachterentwurf darstellt. Die entworfene Regelungsstrategie basiert auf einer Minimierung der Verlustleistung des Systems in Kombination mit einer Optimierung der Güte der Ausgangsspannung (Minimierung des THD-Wertes). Zur Schätzung der unbekannten Last (das Kabel) wurde die Regelungsstrategie um eine Schätzstrategie für die Kabelkapazität erweitert. Schließlich wurde gezeigt, dass eine optimierte Wahl der Konstruktionsparameter des Systems im Sinne eines mechatronischen Systementwurfs zu einem optimierten Gesamtsystem führt. Anhand von Messungen am Prototyp konnte ein hohe Regelgüte und Robustheit der entworfenen Regelungs- und Schätzstrategie nachgewiesen werden.



Prüfaufbau zum Test der Regelungs- und Schätzstrategien

Ausgewählte Veröffentlichungen

• S. Eberharter, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Analysis and System Optimization of a Very Low Frequency High-Voltage Test System, in Proceedings of the 7th IFAC Symposium on Mechatronic Systems & 15th Mechatronics Forum International Conference, Loughborough, UK, 2016, p. 294–300.
  [BibTex]

  @InProceedings{Eberharter16a,
  author = {Eberharter, S. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  title = {Analysis and System Optimization of a Very Low Frequency High-Voltage Test System},
  booktitle = {Proceedings of the 7th IFAC Symposium on Mechatronic Systems \& 15th Mechatronics Forum International Conference},
  year = {2016},
  volume = {49},
  number = {21},
  month = {9},
  pages = {294--300},
  doi = {10.1016/j.ifacol.2016.10.570},
  address = {Loughborough, UK},
  issn = {2405-8963},
  }

• W. Kemmetmüller, S. Eberharter, and A. Kugi, Controller design and experimental validation of a very low frequency high-voltage test system, Control Engineering Practice, vol. 37, p. 32–42, 2015.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Kemmetmueller15,
  Title = {Controller design and experimental validation of a very low frequency high-voltage test system},
  Author = {Kemmetm\"uller, W. and Eberharter, S. and Kugi, A.},
  Journal = {Control Engineering Practice},
  Pages = {32--42},
  Volume = {37},
  Year = {2015},
  Doi = {10.1016/j.conengprac.2014.12.011},
  }

• S. Eberharter, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Mathematical Modeling and Analysis of a Very Low Frequency HV Test System, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, iss. 11, p. 5784–5794, 2014.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Eberharter14,
  Title = {Mathematical Modeling and Analysis of a Very Low Frequency {HV} Test System},
  Author = {Eberharter, S. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  Journal = {IEEE Transactions on Power Electronics},
  Pages = {5784--5794},
  Volume = {29},
  Year = {2014},
  Number = {11},
  Doi = {10.1109/TPEL.2014.2299293},
  }

• W. Kemmetmüller, S. Eberharter, and A. Kugi, Quasi Optimal Feedforward Control of a Very Low Frequency High Voltage Test System, in Proceedings of the 19th IFAC World Congress, Cape Town, South Africa, 2014, p. 11623–11628.
  [BibTex]

  @InProceedings{Kemmetmueller14a,
  author = {Kemmetm\"uller, W. and Eberharter, S. and Kugi, A.},
  title = {Quasi Optimal Feedforward Control of a Very Low Frequency High Voltage Test System},
  booktitle = {Proceedings of the 19th IFAC World Congress},
  year = {2014},
  month = {8},
  pages = {11623--11628},
  doi = {10.3182/20140824-6-ZA-1003.00356},
  address = {Cape Town, South Africa},
  }

• W. Kemmetmüller and A. Kugi, Mathematische Modellierung und Analyse eines DRT-VLF-Hochspannungsprüfgenerators, e & i Elektrotechnik und Informationstechnik, vol. 129, iss. 1, p. 18–27, 2012.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Kemmetmuller12,
  Title = {{Mathematische Modellierung und Analyse eines DRT-VLF-Hochspannungspr\"ufgenerators}},
  Author = {W. Kemmetm\"uller and A. Kugi},
  Journal = {e {\&} i Elektrotechnik und Informationstechnik},
  Pages = {18--27},
  Volume = {129},
  Year = {2012},
  Number = {1},
  Doi = {10.1007/s00502-012-0073-5},
  }

Projektpartner und Förderung

• mohaupt high voltage
• Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG

  11.07.2017
SatComScope

Project focus

• Analysis of free-space optical communication properties and requirements.
• Development and integration of an adaptive optical compensation system for free-space optical communication into a small telescope.
• Dual stage actuation of the adaptive optical system and the telescope mount.

Description

This project aims to integrate adaptive optics (AO) technology into small to medium-sized telescope systems of the industrial partner, ASA Astrosysteme, in order to enable free space optical (FSO) communication between satellites and optical ground stations. Compared to radio-frequency communication, this yields a potential increase of the data rate of more than 1 order of magnitude, while simultaneously significantly reducing the emitting power and weight on the satellite. Furthermore, optical frequencies do not require licensing.



Principle of optical satellite communication. Precise pointing is required on both terminals.

Based on an integrated, mechatronic approach, the proposed AO system focuses on high performance and cost efficient realization to enable FSO communication with small to medium-sized telescopes operating as optical ground stations. The resulting telescope system will provide a stable laser-link between corresponding satellites and the developed optical ground station, enabling FSO communication at unprecedented data rates, while simultaneously reducing energy consumption of the emitter at the satellite.

System analysis

Atmospheric turbulences, as well as vibrations of the telescope system, significantly affect the performance of optical communication links. To ensure a reliable satellite link with high data-rates and low BER, these disturbances are compensated by means of an adaptive optical system. A key trade-off is the system complexity vs. compensation performance. Especially for small telescopes a shift towards low-order aberrations is visible. All above tip-tilt aberrations may contribute up to 80% of the total wavefront error, hence requiring a powerful tip-tilt compensation system.

 



Measured wavefront error statistics over time acquired with a 30 cm telescope in Vienna using the star Actrurus. A clear dominance of low-order aberrations is visible

 

„Ultra low earth orbit (U-LEO)“ link

To evaluate various AO approaches a reflective FSO communication link is available between two buildings of TU Wien. A two way distance of 600 m in urban environment provides harsh conditions for the developed systems.

Adaptive optical setup for free-space optical communication using the U-LEO link. A 35 cm SC-telescope as well as a, 10 cm Newton are available for communication experiments.

Ultra low earch orbit communication link over a distance of 600 m between two buildings of TU Wien.

Optical system for U-LEO link

A 35 cm SC-telescope is used as receiving antenna for the urban link. A combination of tip-tilt compensation (FSM+QPD) and adaptive optical system (DM + WFS) is used to test various correction approaches.



Schematic setup of the U-LEO optical system including a FSM, a deformable mirror (M2), a quad-photodiode (QPD) and a wavefront sensor (WFS). The 35 cm SC-telescope is used for reception.

Tip-tilt correction for the U-LEO link reveals a significant improvement of the RMS errors, as shown below. The blue curves show the movement of the received spot on the QPD without correction. After 30 s correction is enabled and the deviations are compensated.



Tip-tilt control comparison of the U-LEO link. With out tip-tilt compensation an standard deviation of more than 2 urad is visible. If tip-tilt compensation is enabled, the error is reduced by up to a factor of ten, keeping the center of the received spot on the detector area.

 

Mobile optical bench

To enable evaluation of the developed tip-tilt compensation systems with various telescopes at different sites, a mobile version of the optical system is developed. It is designed, to be easily adapted and attached to telescope systems at TU Wien as well as at ASA Astrosysteme.



Schematic overview of the mobile optical bench for tip-tilt compensation.

 



Mobile optical bench attached to a ASA 12″ Newton telescope (left) and to a ASA AZ800 RC-telescope (right).

Tip-tilt compensation for LEO object tracking

Below two videos recorded during the same pass of the LEO object COSMOS 2315 are shown for comparison. Without tip-tilt compensation and open-loop tracking of the telescope mount an offset as well as fluctuations of the spot position are visible. If tip-tilt control is enable, both offset and fluctuations are compensated, keeping the center of the spot on a communication detector.

 

Video of a LEO object acquired with the AZ800 telescope without and with compensation.
The pointing error as well as the position fluctuations of the spot are significantly reduced.

Applications

• Optical satellite communication
• Astronomy applications
• Satellite laser ranging

Related Publications

• A. Sinn, T. Riel, F. Deisl, S. Schachner, and G. Schitter, High-bandwidth tip-tilt vibration compensation in telescope systems, in Proceedings of the Joint Conference 8th IFAC Symposium on Mechatronic Systems (MECHATRONICS 2019), and 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2019), 2019.
  [BibTex] [Download]

  @InProceedings{TUW-282537,
  author = {Sinn, Andreas and Riel, Thomas and Deisl, Florian and Schachner, Stephan and Schitter, Georg},
  title = {High-bandwidth tip-tilt vibration compensation in telescope systems},
  booktitle = {Proceedings of the Joint Conference 8th IFAC Symposium on Mechatronic Systems (MECHATRONICS 2019), and 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2019)},
  year = {2019},
  volume = {52/15},
  note = {Vortrag: Joint Conference 8th IFAC Symposium on Mechatronic Systems (MECHATRONICS 2019), and 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2019), Wien; 2019-09-04 -- 2019-09-06},
  doi = {10.1016/j.ifacol.2019.11.733},
  url = {https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896319317276?via%3Dihub},
  journal = {IFAC-PapersOnLine/Elsevier},
  keywords = {Vibration compensation, telescopes, optical communication, fast steering mirror, tip-tilt compensation},
  numpages = {6}
  }

• A. Sinn, T. Riel, P. Kremsner, and G. Schitter, Analysis of tip-tilt compensation for reflective free-space optical satellite communication, in Free-Space Laser Communications XXXI, 109101G, 2019.
  [BibTex] [Download]

  @InProceedings{TUW-282538,
  author = {Sinn, Andreas and Riel, Thomas and Kremsner, Peter and Schitter, Georg},
  title = {Analysis of tip-tilt compensation for reflective free-space optical satellite communication},
  booktitle = {Free-Space Laser Communications XXXI},
  year = {2019},
  address = {109101G},
  publisher = {SPIE},
  note = {Vortrag: SPIE Photonics West 2019, San Francisco, California, USA; 2019-02-02 -- 2019-02-07},
  doi = {10.1117/12.2506472},
  keywords = {optical satellite communication, adaptive optics, tip-tilt compensation, dynamic error budgeting},
  numpages = {12}
  }

• F. Deisl, Dual stage actuation of a telescope mount and a tip-tilt mirror for free-space optical communication, 2019.
  [BibTex]

  @MastersThesis{TUW-279640,
  author = {Deisl, Florian},
  title = {Dual stage actuation of a telescope mount and a tip-tilt mirror for free-space optical communication},
  school = {E376},
  year = {2019}
  }

• A. Sinn, T. Riel, F. Deisl, and G. Schitter, Tip-tilt vibration compensation: A system analysis, in Proceedings of 2017 Spring Topical Meeting on Precision Engineering and Optics: What are the Limits of Precision, and How to Characterize Them?, 2017, p. 42–47.
  [BibTex]

  @inproceedings{TUW-261675,
  author = {Sinn, Andreas and Riel, Thomas and Deisl, Florian and Schitter, Georg},
  title = {Tip-tilt vibration compensation: A system analysis},
  booktitle = {Proceedings of 2017 Spring Topical Meeting on Precision Engineering and Optics: What are the Limits of Precision, and How to Characterize Them?},
  year = {2017},
  pages = {42--47},
  note = {Vortrag: ASPE 2017 Spring Topical Meeting, Tucson (USA); 2017-04-24 -- 2017-04-25}
  }

• A. Sinn, T. Riel, F. Deisl, R. Saathof, and G. Schitter, Low-Power Reflective Optical Communication System for Pico- and Nano-Satellites, in AMOS 2016 Proceedings, 2016, p. 1403–1410.
  [BibTex] [Download]

  @InProceedings{TUW-252989,
  Title = {Low-Power Reflective Optical Communication System for Pico- and Nano-Satellites},
  Author = {Sinn, Andreas and Riel, Thomas and Deisl, Florian and Saathof, Rudolf and Schitter, Georg},
  Booktitle = {AMOS 2016 Proceedings},
  Year = {2016},
  Note = {Posterpr{\"a}sentation: Advanced Maui Optical Space Surveillance Technologies Conference (AMOS) 2016, Wailea, Hawaii (USA); 2016-09-20 -- 2016-09-23},
  url = {https://www.semanticscholar.org/paper/Low-Power-Reflective-Optical-Communication-System-Sinn-Riel/bfe4fcba68313914449b8ab2ff0d8526fdee820e#citing-papers},
  Pages = {1403--1410}
  }

Project partners

• ASA Astrosysteme GmbH

Funding

• FFG – Die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft
• ASA Astrosysteme GmbH

  11.07.2017
TracSat

Project focus

• Increasing the performance of existing optical satellite tracking stations to enable future applications such as optical satellite communication or satellite laser ranging
• Mechatronic analysis and improvement of the existing systems
• Iterative trajectory learning for the correction of environmental influences and improvement of the achieveable accuracy

Description

The precise tracking of high velocity satellites with ground based optical telescopes is a prerequisite for a number of future applications such as optical satellite communication, observation of space debris or satellite laser ranging. To achieve this goal, good mechatronic design as well as high performance control are necessary. Together with our industrial partner, ASA Astrosysteme GmbH, this project aims on increasing the achievable precision and tracking velocity of existing ASA ground stations.

Mechatronic Design and System Integration

To achieve the required precision the mechatronic design of the direct-drive telescope mounts a detailed analysis of the existing system is necessary. Dynamic error budgeting (DEB) is used as analysis  tool for this purpose. Based on this analysis various system level improvements have been made, such as the improvement of the current sensor, as shown in Fig. 1, which results in a factor 6.3 improvement in achievable precision. DEB is also used as design tool to guide the development of the improved current sensor system, as shown in Fig. 2.



Measured position error for two different current sensor systems. Using an improved sensor, the achieveable precision is impoved by a factor of 6.3.

 



Simulated relationship between the noise spectral density of the current sensor and the position noise of the rotor for constant velocity of 0.2 °/s and zero velocity.

Using the modified version of the telescope mount the influence of the switched operation mode is analyzed. Using a relative low switching frequency implies maximal efficiency of the amplifier but may also degrade the performance. To verify the simulation, the PWM switching frequency is varied, and the position error at various velocities is recorded. The data, shown in Fig. 3, experimentally confirm the simulation result.



RMS position error as function of the velocity in linear mode in comparison to switched mode. Error bars are shown for the measurements in switched mode, marking the measured range from 3 kHz to 48 kHz.

 

Precision Motion Control

The motion control system of the direct-drive telescope mount was enhanced. Instead of the previously used cascaded PID control, a model based state feedback control with disturbance observer is applied. Using this advanced control concept, external disturbances, such as wind shake or torque disturbances, can be effectively suppressed. This allows to maintain high precision even at the high angular velocities necessary for satellite tracking applications. Experimental verification with visual feedback is performed using various rocket bodies and satellites. An exemplary tracklet of the rocket body Breeze-M is shown in Fig. 4. A comparison between the implemented control concept and conventional PI control of the tracking performance of 43 tracking experiments is shown in Fig. 5 and reveals a factor of 3.8 improvement in precision.



Tracklet with 25 seconds duration of debris of the rocket body Breeze-M (NORAD ID: 36501), recorded on the 18th of September 2018, 21:43:35 UTC, with a mean angular velocity of 0.71 °/s. Also visible is the acceleration sequence at the start of the trajectory and two obstructions due to cloud cover in the first third of the tracklet (at an az-angle of 296° and 298°).

 



RMS servo error using standard PI control (blue, dashed) in comparison to the proposed control system (red, dash-dotted). Shown are the RMS servo errors of the performed tracklets as a function of the mean tracklet velocity.

 

Iterative Trajectory Learning

Iterative learning control is applied to improve the accuracy of the satellite tracking system. The desired satellite trajectory is pre-calculated and trained shortly before the actual satellite pass. The star background together with a plate solving algorithm, which identifies the astrometric coordinates of a given star pattern, is used as absolute position sensor during the training phase. This trajectory learning phase with sensor feedback allows the elimination of static, as well as dynamic errors within the telescope system. Tracking experiments using LEO as well as MEO satellites are conducted to confirm the improved tracking accuracy of the tracking system. The result of an exemplary trackle is shown in Fig. 6. Using the implemented trajectory learning algorithm, the visual tracking result is improved by a factor of six to 11, as shown in Fig. 7, and only limited by the used orbit prediction algorithm. By improving the accuracy of the tracking, residual motion of the tracked object within the image plane is removed.



Tracking error of the satellite LAGEOS-2 (NORAD ID: 22195) on 17th of September 2018. (a) tracking error during the learning process as a function of the number of performed iterations and (b) internal encoder error (black, solid) and optical tracking error (blue cross) during the final pass at 22:22:18 UTC.



Stack of 250 images taken of the satellites (a) CENTAUR R/B (NORAD ID: 26906) without iterative trajectory learning and (b) JASON-3 (NORAD ID: 41240) with trajectory learning. The image center is marked with a red cross. Passing stars can be seen as dashed lines in the stacked image.

A few exemplary videos of the achieved tracking results can be found here: Lageos-2, AJISAI, Jason-3

Utilizing the proposed algorithm together with the optimized system and controller design, the implemented tracking system can be used as a cost effective optical ground station for highly accurate and precise blind tracking of satellites. By also applying continuous orbit refinements based on the observed orbit should also allow a significant reduction of the orbit prediction uncertainty that is currently limiting the accuracy. This should enable an accuracy that is within the achieved sub-arcsecond precision. This will enable a wide range of users to gain access to a range of applications, such as optical satellite communication, satellite laser ranging or space debris observation.

Applications

• Optical satellite communication
• Space debris observation
• Satellite laser ranging

Related Publications

• T. Riel, A. Katalenic, R. Saathof, and G. Schitter, Dynamic Error Budgeting for a Friction-afflicted Permanent Magnet Synchronous Motor, in Proceedings ASPE 2016 Spring Topical Meeting – Precision Mechatronic SystemDesign and Control, 2016, p. 74–79.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-249764,
  Title = {Dynamic Error Budgeting for a Friction-afflicted Permanent Magnet Synchronous Motor},
  Author = {Riel, Thomas and Katalenic, Andelko and Saathof, Rudolf and Schitter, Georg},
  Booktitle = {Proceedings ASPE 2016 Spring Topical Meeting - Precision Mechatronic SystemDesign and Control},
  Year = {2016},
  Note = {Vortrag: ASPE 2016 Spring Topic Meeting - Precision Mechatronic System Design and Control, Phoenix (USA); 2016-04-20 -- 2016-04-22},
  Pages = {74--79}
  }

• T. Riel, R. Saathof, A. Katalenic, and G. Schitter, Noise Analysis and Improvement of a Permanent Magnet Synchronous Motor by Dynamic Error Budgeting, in Proceedings of the 7th IFAC Symposium on Mechatronic Systems, 2016, p. 339–346.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-251115,
  Title = {Noise Analysis and Improvement of a Permanent Magnet Synchronous Motor by Dynamic Error Budgeting},
  Author = {Riel, Thomas and Saathof, Rudolf and Katalenic, Andelko and Schitter, Georg},
  Booktitle = {Proceedings of the 7th IFAC Symposium on Mechatronic Systems},
  Year = {2016},
  Note = {Vortrag: 7th IFAC Symposium on Mechatronic Systems {\&} 15th Mechatronics Forum International Conference, Loughborough (Vereinigte K{\"o}nigreich); 2016-09-05 -- 2016-09-08},
  Pages = {339--346},
  Doi = {10.1016/j.ifacol.2016.10.578},
  Keywords = {Dynamic Error Budgeting, Performance analysis, Error estimation, Servo systems, Permanent magnet motors}
  }

• T. Riel, R. Saathof, A. Katalenic, and G. Schitter, Tracking Performance Analysis and Control of a Small Robotic Telescope System, in AMOS 2016 Proceedings, 2016.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-252685,
  Title = {Tracking Performance Analysis and Control of a Small Robotic Telescope System},
  Author = {Riel, Thomas and Saathof, Rudolf and Katalenic, Andelko and Schitter, Georg},
  Booktitle = {AMOS 2016 Proceedings},
  Year = {2016},
  Note = {Posterpr{\"a}sentation: Advanced Maui Optical Space Surveillance Technologies Conference (AMOS) 2016, Wailea, Hawaii (USA); 2016-09-20 -- 2016-09-23},
  Numpages = {8}
  }

Project partners

• ASA Astrosysteme GmbH

Funding

• FFG – Die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft
• ASA Astrosysteme GmbH

  11.07.2017
Distributed Intelligent Automation with Next-generation Architecture – DIANA

Project focus

• Development of novel methods for next-generation automation systems
• Development and fostering of EtherNet/IP ™ systems and solutions
• Maintaining and enhancing the open-source EtherNet/IP ™ adapter stack OpENer, available at https://github.com/EIPStackGroup/OpENer

Description

The long-running project DIANA, is a solely industry-funded research project, concerned with two main topics: the progression of automation system, to cope with the ever changing requirements of industry, and the development and fostering of EtherNet/IP ™ and the open-source EtherNet/IP ™ adapter stack OpENer.

In DIANA novel approaches to industrial automation are researched and verified via industrial-grade prototypes in cooperation with one of the world-leading suppliers for automation systems, Rockwell Automation Inc.

The development and research of EtherNet/IP ™ has lead to the development of the open-source EtherNet/IP ™ stack OpENer (available at GitHub), which ACIN is continuously enhancing and extending the open-source software. Examples worth mentioning in the development of OpENer are the integration of EtherNet/IP with IEC 61499 compliant runtime-systems and the  development of the Common Industrial Protocol (CIP) ™ Base Energy ™ object, CIP Electrical Energy ™ object, and the CIP Time Sync ™ object. The goal of these implementations are to support the ever-growing base of EtherNet/IP ™ users, as wells as to help improving the EtherNet/IP ™ specification.

Applications

• OpENer
• Raspberry Pi based prototypes for various CIP/EtherNet IP ™ objects
• Integration of custom hardware with Rockwell PLC systems

Related Publications

• M. Melik-Merkumians, M. Baierling, and G. Schitter, A Service-Oriented Domain Specific Language Programming Approach for Batch Processes, in Proceedings of 2016 IEEE 21th Conference on Emerging Technologies & Factory Automation, 2016.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-251132,
  Title = {A Service-Oriented Domain Specific Language Programming Approach for Batch Processes},
  Author = {Melik-Merkumians, Martin and Baierling, Matthias and Schitter, Georg},
  Booktitle = {Proceedings of 2016 IEEE 21th Conference on Emerging Technologies {\&} Factory Automation},
  Year = {2016},
  Note = {Vortrag: 21st IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA 2016), Berlin; 2016-09-06 -- 2016-09-09},
  Doi = {10.1109/ETFA.2016.7733729},
  Eid = {68},
  ISBN = {978-1-5090-1314-2},
  Keywords = {SOA, DSL, Batch Process, ISA-88, IEC 61499, component based automation, service based automation},
  Numpages = {9}
  }

• M. Melik-Merkumians, M. Wenger, R. Hametner, and A. Zoitl, Increasing Portability and Reuseability of Distributed Control Programs by I/0 Access Abstraction, in Proceedings IEEE Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA 2010), 2010.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-0310201713,
  author = {Melik-Merkumians, M. and Wenger, M. and Hametner, R. and Zoitl, A.},
  title = {Increasing Portability and Reuseability of Distributed Control Programs by I/0 Access Abstraction},
  booktitle = {Proceedings IEEE Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA 2010)},
  year = {2010}
  }

• M. Melik-Merkumians, T. Baier, M. Steinegger, W. Lepuschitz, I. Hegny, and A. Zoitl, Towards OPC UA as portable SOA Middleware between Control Software and External Added Value Applications, in Proceedings of 2012 IEEE 17th International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA 2012), 2012.
  [BibTex] [Download]

  @InProceedings{TUW-031020174,
  Title = {Towards OPC UA as portable SOA Middleware between Control Software and External Added Value Applications},
  Author = {Melik-Merkumians, M. and Baier, T. and Steinegger, M. and Lepuschitz, W. and Hegny, I. and Zoitl, A.},
  Booktitle = {Proceedings of 2012 IEEE 17th International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA 2012)},
  Year = {2012},
  Doi = {10.1109/ETFA.2012.6489640}
  }

• W. Leonhardsberger and A. Zoitl, Using EtherNet/IP with IEC 61499 Communication Function Blocks, in 5th International Conference on Industrial Applications of Holonic and Multi-Agent Systems, HoloMAS 2011, Toulouse, France, August 29-31, 2011, Proceedings, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 6867, 2011, p. 39–49.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-200251,
  Title = {Using EtherNet/IP with IEC 61499 Communication Function Blocks},
  Author = {Leonhardsberger, Wilhelm and Zoitl, Alois},
  Booktitle = {5th International Conference on Industrial Applications of Holonic and Multi-Agent Systems, HoloMAS 2011, Toulouse, France, August 29-31, 2011, Proceedings},
  Year = {2011},
  Address = {Lecture Notes in Computer Science, Vol. 6867},
  Note = {Vortrag: 5th International Conference on Industrial Applications of Holonic and Multi-Agent Systems, France, Toulouse; 2011-08-29 -- 2011-08-31},
  Pages = {39--49},
  Publisher = {Springer},
  ISBN = {978-3-642-23180-3},
  Url = {https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-23181-0_4}
  }

Project partners

• Rockwell Automation, Inc.

Funding

Funded by Rockwell Automation, Inc.

  10.07.2017
Ball on Ball

Project focus

• Modelling of a Ball on Ball Setup
• Control of a Ball on Ball Setup
• Camera based control

Description

Vision-based measurement methods are becoming increasingly important in automation technology. Well-known examples are autonomous vehicles that navigate through the environment using a variety of imaging sensors, or robots that detect if someone has entered the working area using a camera. Nowadays the needed computing power for real-time image processing is readily-available which opens up new possibilities to use vision-based measurement methods in industrial automation. In this project a Ball-on-Ball control setup with vision-based position measurement is designed, simulated and built to demonstrate the capabilities of imaging techniques. Before the setup is implemented a nonlinear mathematical model of the whole setup is derived and simulations of the system behaviour are done. The control and the image processing is done on an industrial standard PLC. For comparison a second measurement method using laser distance sensors is also implemented. The residual error and the disturbance reaction of both measurement methods are analyzed and compared using different controllers and sample times. Finally a trajectory following for the upper ball is implemented.

Automation and Industrial Control Systems

To actuate the lower ball three omniwheels are used. Each omniwheel is driven by Beckhoff DC servo motor with a gearbox in between. The Control of the motor current and the motor speed is done directly on the motor controllers. That means, that the PLC calculates the speeds needed for all three drives and hands them over to the controllers. The position mesaurement of the upper ball can ether be done by two triangulation sensores or by a camera on top of the upper ball. For robustness reasons of detecting the upper ball the recorded image is transformed into the hue, saturation, and value color space. Due to this transformation the dependency of the illumination can be suppressed. The image aquisition and calculation of the upper ball position is done entirely on the PLC.



Complete ball on ball setup

Video 1: Trajectory following of the upper ball seen from the cameras perspective.
The desired trajectory is a circle.

Applications

• Camera based control

Related Publications

• C:. Zech, Development, assembly and implementation of a ball on ball control setup, 2017.
  [BibTex]

  @MastersThesis{TUW-311819,
  Title = {Development, assembly and implementation of a ball on ball control setup},
  Author = {C: Zech},
  School = {E376},
  Year = {2017}
  }

Project partners

• Beckhoff Automation GmbH

Funding

• Beckhoff Automation GmbH

  10.07.2017
IQ AFM

Imaging, handling and manipulation of material with high resolution are important techniques for various applications of research. Atomic force microscopes (AFM) are one of the most important tools for imaging applications with spatial resolution beyond the diffraction limit of light. The project aims is to build a complete AFM-system, including advanced imaging modes, in cooperation with Anton Paar GmbH.

Project focus

• High-speed and long stroke Z-actuator
• Design and implementation of high-speed and low-noise laser-deflection readout system
• Development of a scanning-lever AFM-system
• Development of advanced measurement modes

Description

Imaging, handling and manipulation of material with high resolution are important techniques for various applications of research. Atomic force microscopes (AFM) are one of the most important tools for imaging applications with spatial resolution beyond the diffraction limit of light. The project aims is to build a complete AFM-system, including advanced imaging modes, in cooperation with Anton Paar GmbH. The work packages belonging to ACIN includes the development of the AFM-head components, high-speed, vertical Z-actuator, high-speed and low-noise laser-deflection readout system, scanning-lever AFM-system and advanced measurement modes. A follow-up project was focused on the development of functional imaging-modes. Various research fields such as biology, physics or materials science are using such functional imaging-modes like Kelvin-probe force microscopy (KPFM). With KPFM it is possible to map the sample surface potential in a quantitative way with nanometer resolution. At ACIN a novel feedback based Scanning Probe Microscopy method which enables quantitative surface potential measurements without the need of the DC bias of Kelvin Probe Force Microscopy was developed. This method opens the way to image the surface potential of various samples such as semiconductors or biological cells without the need for applying a disturbing or interfering DC-bias and enables new applications of feedback based KPFM technologies.



Comparison of classical KPFM and AC-KPFMy of a positive charge pattern on PMMA. Topography (A) and surface potential V recorded with classical KPFM (B). (C) amplitude b and (D) surface potential V = −b2 acquired with AC-KPFMy of the same pattern as in (B). The images (C) and (D) were recorded immediately after (A) and (B) without disengaging the tip.

Applications

• Nanometrology Systems
• AFM, SPM, KPFM, EFM, MFM, QNM etc.

Related Publications

• D. Kohl, P. Mesquida, and G. Schitter, Multi-frequency Kelvin Probe Force Microscopy Method for Charge Mapping Without DC-Bias, in Nano and Photonics & FemtoMat 2017, 2017.
  [BibTex]

  @Conference{TUW-041020177,
  Title = {Multi-frequency Kelvin Probe Force Microscopy Method for Charge Mapping Without DC-Bias},
  Author = {Kohl, D. and Mesquida, P. and Schitter, G.},
  Booktitle = {Nano and Photonics \& FemtoMat 2017},
  Year = {2017}
  }

• D. Kohl, P. Mesquida, and G. Schitter, Quantitative DC-free Kelvin Probe Force Microscopy, in Final Program 42nd International Conference on Micro and Nano Engineering, 2016.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-254059,
  Title = {Quantitative DC-free Kelvin Probe Force Microscopy},
  Author = {Kohl, Dominik and Mesquida, Patrick and Schitter, Georg},
  Booktitle = {Final Program 42nd International Conference on Micro and Nano Engineering},
  Year = {2016},
  Note = {Vortrag: Micro and Nano Engineering 2016, VIenna; 2016-09-19 -- 2016-09-23},
  Doi = {10.1016/j.mee.2017.01.005},
  Numpages = {2}
  }

• R. Saathof, T. Riel, M. Bibl, D. Kohl, H. W. Yoo, and G. Schitter, Non-parametric robustness analysis for feedback motion control for a high precision stage with large mass uncertainty, in Proceedings of the 2016 American Control Conference, 2016, p. 2611–2616.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-254388,
  Title = {Non-parametric robustness analysis for feedback motion control for a high precision stage with large mass uncertainty},
  Author = {Saathof, Rudolf and Riel, Thomas and Bibl, Matthias and Kohl, Dominik and Yoo, Han Woong and Schitter, Georg},
  Booktitle = {Proceedings of the 2016 American Control Conference},
  Year = {2016},
  Note = {Vortrag: 2016 American Control Conference, Boston (USA); 2016-07-06 -- 2016-07-08},
  Pages = {2611--2616},
  Doi = {10.1109/ACC.2016.7525310}
  }

• D. Kohl, T. Riel, R. Saathof, J. Steininger, and G. Schitter, Auto-Tuning PI Controller for Surface Tracking in Atomic Force Microscopy – A Practical Approach, in Proceedings of the 2016 American Control Conference, 2016.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-254062,
  Title = {Auto-Tuning PI Controller for Surface Tracking in Atomic Force Microscopy - A Practical Approach},
  Author = {Kohl, Dominik and Riel, Thomas and Saathof, Rudolf and Steininger, J{\"u}rgen and Schitter, Georg},
  Booktitle = {Proceedings of the 2016 American Control Conference},
  Year = {2016},
  Note = {Vortrag: 2016 American Control Conference, Boston (USA); 2016-07-06 -- 2016-07-08},
  Doi = {10.1109/ACC.2016.7526840},
  Numpages = {6}
  }

• J. Steininger, M. Bibl, H. W. Yoo, and G. Schitter, High bandwidth deflection readout for atomic force microscopes, Review of Scientific Instruments, vol. 86, 2015.
  [BibTex]

  @Article{TUW-242622,
  Title = {High bandwidth deflection readout for atomic force microscopes},
  Author = {Steininger, J{\"u}rgen and Bibl, Matthias and Yoo, Han Woong and Schitter, Georg},
  Journal = {Review of Scientific Instruments},
  Year = {2015},
  Volume = {86},
  Doi = {10.1063/1.4932188}
  }

• J. Steininger, R. Paris, and G. Schitter, Increasing sensitivity while reducing crosstalk of the force sensor in atomic force microscopes, in Proceedings of the 14th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, 2014, p. 321–324.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-229780,
  Title = {Increasing sensitivity while reducing crosstalk of the force sensor in atomic force microscopes},
  Author = {Steininger, J{\"u}rgen and Paris, Ren{\'e} and Schitter, Georg},
  Booktitle = {Proceedings of the 14th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology},
  Year = {2014},
  Note = {Posterpr{\"a}sentation: 14th International Conference and Exhibition of the European Society for Precision Engineering {\&} Nanotechnology, Dubrovnik, Croatia; 2014-06-02 -- 2014-06-06},
  Pages = {321--324},
  ISBN = {978-0-9566790-3-1},
  Journal = {Euspen}
  }

• J. Steininger, R. Paris, and G. Schitter, Improving the Deflection Readout Mechanism of an Atomic Force Microscope, in MESS14 Microelectronic Systems Symposium, Band 76 der OVE-Schriftenreihe, 76, 2014, p. 22.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-229786,
  Title = {Improving the Deflection Readout Mechanism of an Atomic Force Microscope},
  Author = {Steininger, J{\"u}rgen and Paris, Ren{\'e} and Schitter, Georg},
  Booktitle = {MESS14 Microelectronic Systems Symposium, Band 76 der OVE-Schriftenreihe},
  Year = {2014},
  Address = {76},
  Note = {Posterpr{\"a}sentation: MESS14 Microelectronic Systems Symposium, Vienna; 2014-05-08 -- 2014-05-09},
  Pages = {22},
  ISBN = {978-3-85133-082-3}
  }

• J. Steininger and G. Schitter, Influence of the Photodetector Geometry on the Deflection Measurement in Atomic Force Microscopes, in Proceedings of the ASPE 2014 Annual Meeting, 2014, p. 674–679.
  [BibTex]

  @InProceedings{TUW-233073,
  Title = {Influence of the Photodetector Geometry on the Deflection Measurement in Atomic Force Microscopes},
  Author = {Steininger, J{\"u}rgen and Schitter, Georg},
  Booktitle = {Proceedings of the ASPE 2014 Annual Meeting},
  Year = {2014},
  Note = {Vortrag: ASPE 2014 Annual Meeting, Boston (USA); 2014-11-09 -- 2014-11-14},
  Pages = {674--679},
  ISBN = {978-1-887706-66-7}
  }

• J. Steininger, S. Kuiper, S. Ito, and G. Schitter, Schnelle Rasterkraftmikroskopie durch moderne Regelungstechnik und mechatronische Systemintegration, E&I Elektrotechnik und Informationstechnik, vol. 129, iss. 1, p. 28–33, 2012.
  [BibTex]

  @Article{TUW-207882,
  Title = {Schnelle Rasterkraftmikroskopie durch moderne Regelungstechnik und mechatronische Systemintegration},
  Author = {Steininger, J{\"u}rgen and Kuiper, Stefan and Ito, Shingo and Schitter, Georg},
  Journal = {E{\&}I Elektrotechnik und Informationstechnik},
  Year = {2012},
  Number = {1},
  Pages = {28--33},
  Volume = {129},
  Doi = {10.1007/s00502-012-0070-8},
  Keywords = {SPM, AFM, scanning probe, control, nanotechnology, nanometrology}
  }

Project partners

• Anton Paar GmbH

Funding

• Austrian Research Promotion Agency (FFG)
• Anton Paar GmbH