Masterarbeit/-thesis

Entwicklung einer effizienten Code-Entwurfskette für die Implementierung aktiver Reglungen auf Mikrocontroller-Plattformen

Fraunhofer LBF / 14.8.2017

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine effiziente Code-Entwurfskette für die Implementierung aktiver Reglungen auf Microcontroller-Plattformen untersucht und entwickelt und dokumentiert werden. Als Hardwareplattform werden STM-Entwicklungsboard verwendet. Für diese Boards bietet die Thailändische Firma Aimagin Co. Ltd. ihr sogenanntes Waijung Blockset an, welches eine direkte Anbindung zwischen MATLAB-Simulink und STM-Entwicklungsboard ermöglicht.

Motivation:

Aktive Regelsysteme kommen in immer mehr kommerziellen Anwendungen zum Einsatz. Dies ist nicht zuletzt der rasant voranschreitenden Entwicklung im Bereich leistungsstarker und kostengünstiger Mikrocontroller-Plattformen zu verdanken. Verschiedene Chip Hersteller bieten kostengünstige Evaluierungsboards mit Mikrocontrollern und einer Vielzahl Peripheriekomponenten an. In vielen Fällen ist das bereitgestellte Software Development KIT (SDK) jedoch nicht auf Bedienerfreundlichkeit ausgelegt und erfordert erweiterte Kenntnisse in hardwarenaher Programmierung, bspw.  in der Programmiersprache C. In der Praxis werden für die Entwicklung von Regelsystemen häufig grafische Programmierumgebungen (z.B. MATLAB-Simulink) verwendet. Verschiedene Rapid-Control-Prototyping (RCP) Systeme (z.B. der Firma dSPACE) bieten Anbindungen zu diesen grafischen Programmierumgebungen an, die es erlauben Code hardwarespezifisch zu kompilieren. Diese Systeme eignen sich für den Funktionsnachweis von Regelkonzepten und deren Validierung im Labor, bzw. komplexe Industrieanwendungen. Auf Grund der hohen Hardwarekosten können diese Systeme jedoch nicht für Serienlösungen von aktiven Systemen eingesetzt werden. Eine Übertragung von Regelkonzepten von RCP Systemen auf kostengünstige Mikrocontroller-Plattformen stellt in diesem Fall einen eigenen Entwicklungsschritt dar. Wünschenswert wäre eine effiziente Code-Entwurfskette für die direkte Implementierung aktiver Reglungen auf Mikrocontroller-Plattformen, wobei die Lauffähigkeit und numerische Äquivalenz der Algorithmen auf der eingebetteten Hardware durch Processor-in-the-loop Simulationen verifiziert werden soll.

Aufgabenstellung:

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine effiziente Code-Entwurfskette für die Implementierung aktiver Reglungen auf Microcontroller-Plattformen untersucht und entwickelt und dokumentiert werden. Als Hardwareplattform werden STM-Entwicklungsboard verwendet. Für diese Boards bietet die Thailändische Firma Aimagin Co.,Ltd. ihr sogenanntes Waijung Blockset an, welches eine direkte Anbindung zwischen MATLAB-Simulink und STM-Entwicklungsboard ermöglicht.

1) Basierend auf Vorarbeiten am LBF soll für ausgewählte Versuchsaufbauten zur aktiven Schall- und Schwingungskontrolle Feed-Forward Regelungen auf einem STM-Entwicklungsboard implementiert werden.

2) Anhand der Regler Entwicklung und deren Implementierung für diese Versuchsaufbauten soll eine effiziente Code-Entwurfskette entwickelt und dokumentiert werden.

Voraussetzungen:

Dieses Thema ist für Studierende der Studienrichtungen Maschinenbau, Computational Engineering, Mechatronik, Elektrotechnik und fachverwandte Studiengänge mit grundlegenden Kenntnissen in der Simulation und Programmierung und einem ausgeprägten mathematisch-analytischem Verständnis geeignet. Vom Studierenden werden Engagement und Lernbereitschaft erwartet. Gute Englisch­kenntnisse in Wort und Schrift sind essentiell notwendig.