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    A qLMPC framework for path-following control of fixed-wing UAVs
    (2025)
    Samir Said Metwalli Rezk, Ahmed
    ;
    Werner, Herbert
    This thesis presents a novel predictive path-following control scheme for fixed-wing UAVs, addressing limitations in the existing literature. While geometric methods struggle with variable winds and predictive strategies tend to be computationally intensive, the qLPV approach proposed here strikes a balance—accurately capturing the system dynamics while maintaining computational efficiency through the use of Quadratic Programs (QPs). The practicability of the approach is demonstrated by applying it to a high-fidelity model of the ULTRA-Extra UAV. Constructing qLPV representations is not unique; in this work, velocity-based linearization is employed, which is known to be well-suited for controller design. It is also compatible with offset-free Model Predictive Control (MPC) and enables efficient disturbance rejection. The proposed framework is further extended to obstacle avoidance by representing obstacles as qLPV constraints.
    Publicationtype: Doctoral Thesis
      65  45
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    Multiskalensimulation von mechatronischen Komponenten zur Anwendung in Hardware-in-the-Loop Tests
    (2021)
    Kähler, Dennis
    ;
    Ackermann, Günter
    Due to more and more complex electronic control units in automobiles, the need for appropriate test capabilities is increasing. In this work a concept is developed, which meets the highly dynamic requirements due to the automotive devices. This is achieved with a parallel heterogeneous simulation architecture, where the different frequency components of the input signal are simulated in parallel on different hardware. Additionally, easy to parameterize generic models are developed. With an exemplary implementation a step size of 385 ns and a good agreement with real measurement data is achieved.
    Publicationtype: Doctoral Thesis
      318  714
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    Parameterabhängige Schrittweitensteuerung für eine HIL-Simulation zur Prüfung automobiler Steuergeräte
    (2018-12)
    Harms, Julius
    ;
    Ackermann, Günter
    In dieser Arbeit werden verschiedene Optimierungsansätze für CPU-basierte HiL-Simulationen betrachtet. Das Ziel ist die Entwicklung eines in Bezug auf die Echtzeitfähigkeit optimierten Lösungsalgorithmus mit automatischer Schrittweitenwahl. Die Optimierung erfolgt modellorientiert und richtet sich nach den individuellenModelleigenschaften. Das Optimierungsverfahren evaluiert das Modell bei jeder Änderung der Modellparameter und ist daher parameterabhängig gestaltet. Die Betrachtung des Zusammenhangs zwischen Modelleigenschaften und Lösungsstabilität ermöglicht dem Lösungsalgorithmus ein stabiles Lösungsverfahren und eine echtzeitfähige Schrittweite zu wählen. Dafür werden außerdem mögliche Fehlerquellen der Simulation miteinbezogen. Auch eine laufende Anpassung für verschiedene Betriebszustände wird betrachtet. Für dieModelldefinition gilt es, eine allgemeine Darstellungsformzu finden, mit welcher sichModelle von unterschiedlicher Komplexität abbilden lassen. Für die Validierung des entwickelten Algorithmus wird die Umsetzung in C++ vorgestellt. Als Anwendungsbeispiel dient eine parallele HiL-Simulation zur Prüfung automobiler Steuergeräte. Die Simulation besteht aus einer parallelen Ausführung von Hardware- und Software-Simulation mit heterogenen Aufgaben in unterschiedlichen Zeitbereichen.
    Publicationtype: Master Thesis
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    Modellierung des dynamischen Verhaltens der zonalen Kabinentemperatur und anderer Komfortparameter in Flugzeugkabinen
    (Cuvillier, 2013)
    Knigge, Henning Mathias
    ;
    Schmitz, Gerhard
    Der Flugzeugkabinenkomfort spielt für den Passagier eine große Rolle, da er sich während seiner Reise – anders als in anderen Massentransportmitteln wie Schiff oder Bahn – nicht frei bewegen kann und aufgrund der extremen Außenbedingungen während des Fluges einem vollständig künstlichen Umgebungsklima ausgeliefert ist. Insbesondere die thermische Behaglichkeit, welche einen entscheidenden Einfluss auf die menschliche Empfindung und damit auf den Kabinenkomfort hat, zeigt Optimierungsbedarf. Des Weiteren bemängeln viele Passagiere an der Flugzeugkabinenklimatisierung die Ausbildung eines unangenehmen Temperaturgefälles in Richtung des Kabinenbodens, worauf der Mensch aufgrund der am Fuß vermehrt angeordneten Thermorezeptoren sehr empfindlich reagiert. Zwei wesentliche Faktoren der Flugzeugklimatisierung stellen die Lufttemperatur und die Luftgeschwindigkeit dar, da sie das Temperaturverhalten in der Kabine und das Behaglichkeitsempfinden entscheidend beeinflussen. Aber auch die Wärmestrahlung hat einen großen Einfluss. Aus diesem Grund wird neben der konventionellen Klimatisierungsform in der vorliegenden Forschungsarbeit auch eine alternative Form der Klimatisierung mittels Kühldecken untersucht, da sich hier, insbesondere in Kombination mit einer Quelllüftung, ein großes Potential zeigt, die thermische Behaglichkeit in der Kabine für die Passagiere zu erhöhen. Die Untersuchung sowohl der sich bei der konventionellen Klimatisierung ausbildenden Kabinentemperaturdynamik als auch die Bewertung des Einsatzes von Kühldecken mit dem Ziel der Komfortoptimierung war Hauptaufgabe der vorliegenden Arbeit. Hierfür wurden Flugtestdaten analysiert sowie ein Modellteststand und verschiedene Simulationsmodelle zur Strömungs- bzw. Strahlungssimulation in der Modellierungssprache Modelica erstellt und die Ergebnisse ausgewertet.
    Publicationtype: Doctoral Thesis
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