TY - THES A1 - Keskin, Akin T1 - Process integration and automated multi-objective optimization supporting aerodynamic compressor design T1 - Prozessintegration und automatisierte Mehrkriterien-Optimierung zur Unterstützung des aerodynamischen Verdichterentwurfs N2 - Nowadays industrial aerodynamic compressor design is based on mature computer programs developed during several decades. State of the art is to split the complex design process into subsequent design subtasks which are solved by different experts via time-consuming parameter studies. Isolated design of subproblems based on human intuition, however, will result in sub-optimal solutions only. Due to the increasing demand on higher aero engine performance and design cycle time reduction the aspects of process integration and automation as well as numerical optimization become more and more important in today’s aerodynamic compressor design. The intention of this work is to show how process integration and optimization can be used efficiently to support engineering design work in optimal solution finding. Since the aerodynamic compressor design is characterized by many design parameters, multiple constraints and contradicting objectives, multi-objective optimization is used to find Pareto-optimal solutions from which the design engineer can choose trade-offs for his particular design problem. The improvements in terms of process acceleration and design optimization are demonstrated for three selected, but typical industrial engineering design tasks required in three different design phases of the aerodynamic compressor design process, namely preliminary design, throughflow off-design, and blading procedure. N2 - Der aerodynamische Verdichterentwurf wird heutzutage in der Industrie mit Hilfe von ausgereiften Computerprogrammen durchgeführt, die über Jahrzehnte entwickelten wurden. Stand der Technik ist es, den komplexen Entwurfsprozess in mehrere einzelne Entwurfsaufgaben aufzuteilen, welche durch zeitaufwändige Parameterstudien von unterschiedlichen Experten gelöst werden. Ein isolierter Entwurf basierend auf menschlicher Intuition führt jedoch nur zu sub-optimalen Lösungen. Auf Grund der ansteigenden Anforderung an die Leistung eines Flugtriebwerks und der Reduzierung der Entwicklungszeiten gewinnen die Aspekte der Prozessintegration und -automatisierung als auch der numerischen Optimierung in dem heutigen Verdichterentwurfsprozess an stärkerer Bedeutung. Die Intention dieser Arbeit ist es, Möglichkeiten aufzuzeigen, wie Prozessintegration und Optimierung effizient genutzt werden können, um die Entwurfsaufgabe des Ingenieurs durch automatische Lösungssuche zu unterstützen. Da der aerodynamische Verdichterentwurfsprozess durch eine Vielzahl von Entwurfsparametern, mehreren Nebenbedingungen und gegensätzlichen Entwurfszielen charakterisiert ist, wird die Mehrkriterien-Optimierung zum Auffinden Pareto-optimaler Lösungen verwendet, von denen der Entwurfsingenieur Kompromisslösungen für seine spezielle Entwurfsaufgabe auswählen kann. Anhand von drei ausgewählten, typisch industriellen Entwurfsaufgaben aus drei unterschiedlichen Entwurfsphasen der aerodynamischen Verdichterauslegung wie der Mittelschnittsrechnung, des Stromlinienkrümmungsverfahrens sowie des Schaufelentwurfs werden verbesserte Ergebnisse in Bezug auf Prozessbeschleunigung und optimierten Entwurf demonstriert. KW - Verdichter KW - Aerodynamik KW - Optimierung KW - Verdichterauslegung KW - Aerodynamik KW - Mehrkriterien-Optimierung KW - Prozessintegration KW - Compressor design KW - Aerodynamics KW - Multi-objective optimization KW - Process integration Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-484 SN - 978-3-8322-5875-7 ER - TY - THES A1 - Kahlbau, Sebastian T1 - Mehrkriterielle Optimierung des Schaltablaufs von Automatikgetrieben T1 - Multiobjective shift quality optimisation for automatic transmissions N2 - Die steigende Zahl von Motor-Getriebekombinationen auf dem Fahrzeugmarkt und die wachsende Komplexität und Vielfalt von Funktionen in den Fahrzeugsteuergeräten verursachen eine ständige Erhöhung des Aufwands für die Getriebeabstimmung. Bei diesem als Getriebeapplikation bezeichneten Vorgang verstellt ein Versuchsingenieur die Parameter der Getriebesteuerung bis die subjektive Beurteilung der Schaltqualität seinen Erwartungen entspricht. Dieser Prozess findet heute meist im aufwändigen Fahrversuch auf öffentlichen Straßen unter kaum reproduzierbaren Bedingungen statt. Eine effiziente Möglichkeit, den steigenden Applikationsaufwand zu bewältigen, stellt die Automatisierung des Applikationsprozesses dar. Die vorliegende Arbeit leistet durch die detaillierte Analyse des Schaltablaufs von Automatikgetrieben, die Festlegung neuer Beurteilungskriterien und die Entwicklung eines effizienten, automatisierten Applikationsprozesses dazu einen Beitrag. Herkömmlich wird die Schaltqualität anhand von zusammenfassenden, oft subjektiven Noten beurteilt, wodurch allerdings der Bezug zu den Ursachen für Beeinträchtigungen verloren geht. Daher wird in der Arbeit ein mehrkriterieller Ansatz verfolgt, bei dem verschiedene Phasen des Beschleunigungsübergangs identifiziert werden sowie Schaltzeit und Verschleiß als objektive Kriterien eingehen. Insbesondere wird Diskomfort als Abweichung von einem idealen Beschleunigungsübergang definiert, der sich aus einer einfachen Schwingungsbetrachtung ableiten lässt. Basierend auf Diskomfort und Schaltzeit als zwei zu minimierenden Kriterien wird ein bikriterielles Optimierungsproblem formuliert und mit Hilfe eines mehrkriteriellen genetischen Algorithmus gelöst. Dabei wird die Widersprüchlichkeit der beiden Kriterien deutlich, weshalb optimale Parameter der Getriebesteuerung nicht eindeutig, sondern immer Kompromisslösungen sind. Es wird gezeigt, dass die relevanten Schaltablaufparameter mit einer Sensitivitätsanalyse gefunden werden können, um den Aufwand der Optimierung zu reduzieren. Eine weitere Effizienzsteigerung wird durch die Anwendung eines ersatzmodellgestützten Optimierungsalgorithmus erzielt. Am Ende der Arbeit kann gezeigt werden, dass sich Schaltungen mit dem vorgeschlagenen automatisierten Prozess teilweise besser abstimmen lassen als durch eine klassische, manuelle Applikation. Die Zukunft einer automatisierten Applikation am Prüfstand und am Simulationsmodell erscheint somit möglich. N2 - The increasing number of power train variants and the growing complexity and diversity of functions of control software for automatic transmissions lead to a rising calibration effort. During transmission calibration, a test driver typically adjusts parameters of the shift control algorithms until his subjective assessment of the shift quality satisfies his requirements. Today this process is mainly executed on the road under poorly reproducible conditions. An efficient way to cope with the challenge of rising calibration efforts is to automate the calibration process. The present thesis contributes to this by defining new shift quality criteria and developing an efficient automated calibration process. Conventionally shift quality is assessed on the basis of summarized, subjective grades. By this, however, the connection between cause and effect of poor shift quality is lost. Therefore, in this thesis, a multi-objective approach is applied, which identifies different phases of the shift event and considers shift time and wear out as additional criteria. In particular, discomfort is defined as a deviation from an ideal acceleration transition which can be derived from a simple vibration analysis. Based on discomfort and shift time a bicriterion optimization problem is defined and solved by a multi-objective genetic algorithm. Therefore the solution of the problem is not unique but always a set of trade-offs between the two conflicting criteria. It is shown that relevant parameters of the shift control may be identified by sensitivity analysis in order to reduce the complexity of the optimization problem. A further increase of efficiency is achieved by using a surrogate model based optimization algorithm. At the end of this thesis it is shown that results of the proposed automated process partly outperform those of the classic manual calibration process. Future transmission calibration may therefore be carried out automatically on test rigs and with simulation models. KW - Automatisches Getriebe KW - Schaltverhalten KW - Automatisierte Applikation KW - Automatikgetriebe KW - Schaltablauf KW - Ersatzmodellgestützte Optimierung KW - Fahrbarkeit KW - Automated calibration KW - Automatic transmission KW - Shift control KW - Surrogate model based optimization KW - Driveability Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28465 ER - TY - THES A1 - Sommer, Lars T1 - Geometrieparametrisierungen für die aerodynamische Optimierung von Verdichterschaufelsektionen unter besonderer Berücksichtigung der Krümmung T1 - Geometry parameterizations for the aerodynamical optimization of compressor blade sections considering curvature N2 - Auf dem Gebiet der Prozessintegration und automatisierten Optimierung von Bauteilen nimmt die Triebwerksindustrie eine Vorreiterrolle ein. Insbesondere die aerodynamische Optimierung von Triebwerksschaufeln kann, dank umfangreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeit, seit einiger Zeit als Stand der Technik bezeichnet werden. Auf diese Art ist es möglich, trotz kürzer werdender Entwicklungszeiten immer effizientere Schaufeln zu entwerfen, die ihren Beitrag zur notwendigen Reduktion der im Triebwerk produzierten CO2-Emission liefern. Ein wichtiger Schritt beim Schaufelentwurf ist die automatisierte Mehrkriterien-Optimierung einzelner Schaufelsektionen. Hierfür sind geeignete Profilparametrisierungen notwendig, die einerseits genügend Entwurfsfreiheiten bieten, andererseits ohne manuelle Nachbearbeitung sinnvolle Profile liefern. In der vorliegenden Arbeit werden daher drei grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten zur automatisierten parametrischen Schaufelprofilerzeugung entwickelt. Im Unterschied zu den meisten bisher vorhandenen Parametrisierungen ist allen drei Methoden gemein, dass die entstandenen Profile stets krümmungsstetig sind. Lediglich beim Übergang zur kreisförmigen Hinterkante wird Tangentenstetigkeit als ausreichend angesehen. Durch diese Vorgehensweise können, anders als vorher, sehr günstige Geschwindigkeitsverläufe an Saug- und Druckseite ohne Überhöhungen an der Vorderkante erreicht werden. Innerhalb eines auf einem Hochleistungs-Rechen-Cluster parallelisierten Mehrkriterien-Optimierungsprozesses, in dem beispielhaft der Mittelschnitt eines Stators einer Hochdruckverdichterstufe aerodynamisch optimiert wird, werden die drei Methoden anschließend miteinander verglichen. Es kann gezeigt werden, dass alle drei Parametrisierungen zu Profilen führen, die bezüglich ihrer aerodynamischen Verluste deutlich besser sind als ein manuell entworfenes Referenzprofil. N2 - In the field of process integration and automized optimization of engineering parts the flight engine industry can be recognized as a technology leader. Based on substantial research and developement efforts, especially the arodynamical optimization of engine blades can be regarded as state-of-the-art now. This way it is possible to design more efficient blades in shorter developement time which helps to lower CO2 emissions of the engine. An important step within the blade design process is the automized multi-criteria optimization of single blade sections. Therefore, useful section parameterization is neccessary allowing to explore a wide design space on the one hand, but yielding reasonable blade sections without the need of manual after treatment. Three different possibilities for automized blade section generation are developed in this thesis. In contrast to most of the prior publications these parameterizations generate curvature continuous sections. Only for the blending of the trailing edge circle to the suction and pressure side, respectively, tangential continuity is regarded as sufficient for proper aerodynamical behavior. This way, advantageous velocity profiles without any spikes on either section side of the leading edge are achieved. The three methods are tested and compared to each other within a multi-criteria optimization process running in parallel on a high performance computing cluster. For the example of a mid-section of a high pressure compressor stator it can be shown that all three parameterizations yield profiles which dominate a manually optimized reference profile in both optimization criteria, efficiency for design and off-design operation conditions. KW - Propfan KW - Verdichter KW - Radschaufel KW - Aerodynamik KW - Mehrkriterielle Optimierung KW - Parametrisierung KW - Optimierung KW - Prozessintegration KW - Rolling-Ball-Algorithmus KW - Verdichterschaufelentwurf KW - Parameterization KW - Optimization KW - Prozess integration KW - Rolling-ball-algorithm KW - Compressor blade design Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23640 SN - 978-3-8440-0743-5 ER - TY - THES A1 - Nguyen, Tuan-Anh T1 - Application of optimization methods to controller design for active suspensions T1 - Anwendung von Optimierungsmethoden zur Reglerauslegung für aktive Radaufhängungen N2 - By offering good ride safety and ride comfort to passenger cars, active suspensions have attracted more and more attentions of investigators. Numerous approaches of designing controller for active suspension systems have been introduced mostly restricted to linear time-invariant systems. In this dissertation, optimization methods are applied to a special three degree-of-freedom spatial car model with active suspensions to define an optimal controller. The optimal control law with state-feedback and disturbance-feed forward parts is derived by extending the linear-quadratic regulator (LQR) control to linear systems with measurable disturbances and combining it with a multi-criterion optimization (MCO) procedure. This allows to reduce the number of design variables of the MCO problem significantly. The approach is applied also to gain-scheduling control of the linear-parameter varying spatial car model. The effectiveness of the designed controller with respect to ride safety and ride comfort of the car in yaw motion is demonstrated through the simulation of double-lane-change maneuvers, where the paths are found by an optimization procedure. N2 - Für die gleichzeitige Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahrkomfort werden zunehmend aktive Radaufhängungen diskutiert. Numerische Verfahren, welche bei der Auslegung von Reglern für aktive Radaufhängungen herangezogen werden können, sind größtenteils auf lineare zeit-invariante Systeme beschränkt. In der vorliegenden Dissertation werden Optimierungsmethoden auf ein spezielles räumliches Pkw-Modell mit drei Freiheitsgraden und aktiver Radaufhängung angewendet, um einen optimalen Regler auszulegen. Das optimale Regelgesetz mit Zustandsrückführung und Störgrößenaufschaltung ist abgeleitet von einem weiterentwickelten linear-quadratischen Regler (LQR) für lineare Systeme mit messbaren Störungen, welcher mit Mehrkriterien-Optimierungsverfahren (MCO) verknüpft wird. Dadurch wird die Anzahl der Entwurfsvariablen des MCO-Problems merklich reduziert. Dieser Ansatz wird ebenso auf eine Regelung mit variablen Verstärkungsfaktoren in Verbindung mit einem linearen, parameterabhängigen räumlichen Fahrzeugmodell angewendet. Die Leistungsfähigkeit des Reglers bezüglich Fahrsicherheit und Fahrkomfort wird anhand von Spurwechsel-Fahrmanövern demonstriert, wobei die Bahnkurven durch eine Optimierung gefunden werden. KW - Fahrwerk KW - Reglerentwurf KW - Optimierung KW - Fahrzeugbau KW - Radaufhängung KW - Regler KW - Vehicle KW - Suspensions KW - Regulator Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-261 ER - TY - THES A1 - Glora, Michael T1 - Ein Beitrag zur Mehrkriterienoptimierung von Simulationsmodellen und Experimenten N2 - Die Arbeit stellt das prinzipielle Vorgehen der Mehrkriterienoptimierung zunächst an Beispielen des virtuellen Prototyping dar. Die Anwendung von Optimierungsalgorithmen auf Parameteridentifikationsaufgaben führt zu Mehrkriterien-Mehrmodell-Optimierung, bei der unbekannte Systemparameter aus Vergleichen zwischen Messungen und Simulationen durch ein schrittweises Vorgehen auf Basis angepasster Versuche, Teilmodelle und Kriterien ermittelt werden können. Bei der Experiment-gekoppelten Hardware-in-the-Loop Optimierung verursacht die Streuung der Messergebnisse auf Grund des nicht vermeidbaren Messrauschens Probleme bei der Konvergenz der Optimierungsverfahren. Abhilfe schafft hier eine angepsste Funktionswert- und Gradientenberechnung auf Basis eines Approximationsverfahrens. Die Vorteile dieses neu entwickelten Verfahrens sind die Verwendung einer Ansatzfunktion zur Elimination von Messfehlern, die Speicherung aller Messwerte für eine eventuelle Weiterverarbeitung und die damit verbundene Minimierung der Anzahl notwendiger Versuche, sowie das Sicherheitskonzept zur Vermeidung kritischer Versuchszustände durch eine implementierte Schrittweitenbegrenzung. N2 - First of all the aim of multi criterion optimization is demonstrated by examples of virtual prototyping. Application to parameter identification problems leads to a multi-criterion multi-model optimization strategy where unknown parameters of a system can be estimated by a step-by-step approach based on appropriate experiments, sub models and criteria. Experiment based Hardware-in-the-loop optimizations show additional problems concerning the convergence of optimization routines due to noise in the measurement. Appropriate criteria and gradient evaluation based on an approximation approach can solve this problem. The new approach has the following advantages: Measurement noise is minimized by using approximations of the criteria, the amount of necessary function evaluations is minimized by storing all results for further approximations, and a safety concept avoiding critical states of the experiment is included. KW - Mehrkörpersystem KW - Simulation KW - Mehrkriterielle Optimierung KW - Optimierung KW - Mehrkriterienoptimierung KW - Simulation KW - Virtual Prototyping KW - Parameteridentifikation Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1575 SN - 3-8265-9633-1 ER - TY - THES A1 - Otto, Dierk T1 - Ein Beitrag zur interdisziplinären Prozessintegration und automatischen Mehrzieloptimierung am Beispiel einer Verdichterrotorschaufel T1 - A contribution for multidisciplinary process integration and automated multi-objective optimisation supporting compressor blade design N2 - Im Unterschied zu den letzten Jahrzehnten müssen bei der derzeitigen und zukünftigen Verdichterauslegung die einzelnen Teilbereiche des Entwurfsprozesses wie aerodynamische Auslegung, Konstruktion und Festigkeitsanalyse, immer enger miteinander verzahnt werden. Grund dafür sind die gestellten Forderungen der Flugzeughersteller nach Triebwerksgenerationen mit, im Vergleich zu vorangegangenen Triebwerken, weniger Verbrauch und längeren Laufzeiten bzw. Wartungsintervallen. Um diese Anforderungen umsetzen zu können, werden Verdichterschaufeln entwickelt, die sich in der Regel in Form sowie aerodynamischen und strukturmechanischen Verhalten von früheren Entwürfen unterscheiden. Der dafür benötigte Entwurfsprozess soll hinsichtlich der Zeit so kurz wie möglich werden. Um die aufgezählten Punkte erfüllen zu können, ist der Einsatz von interdisziplinärer Optimierung am erfolgversprechendsten, wofür zum einen die einzelnen Teilschritte in einen automatisch ablaufenden Prozess eingebetet und zum anderen die einzelnen Entwurfskriterien erfasst und mathematisch formalisiert werden müssen. In der vorliegenden Arbeit soll ein Weg zur interdisziplinären Prozessintegration und eine darauf aufsetzende Mehrzieloptimierung mit Kriterien aus den einzelnen Teilbereichen der Auslegung aufgezeigt werden. Dabei wird sowohl auf verschiedene Probleme näher eingegangen und Lösungsansätze aufgezeigt, als auch einzelne Auslegungskriterien vorgestellt sowie formalisiert. Der automatisierte Auslegungsprozess wird exemplarisch auf eine Verdichterrotorschaufel mit zugehörigen aerodynamischen und strukturmechanischen Kriterien angewendet. Die einzelnen Optimierungsziele stammen aus beiden Auslegungsteilbereichen und werden gleichberechtigt betrachtet, wodurch eine echte interdisziplinäre Mehrzieloptimierung zur Anwendung kommt. N2 - In contrast to the recent years, the future compressor blade design process must be a strong combination of aerodynamic airfoil design, blade design and stress behaviour. This has been brought about by the requirement of the customers for jet engine generations with lower fuel consumption and longer maintenance intervals in comparison with former engine generations. To meet these requirements it is necessary to develop new blades, or rather blade shapes, with better aerodynamic and structural mechanical behaviour by using a faster design process. Due to the need to achieve all named issues an automated multidisciplinary integration process, which embeds all necessary design steps, as well as multi-objective optimisation, becomes more and more important. Therefore the different design criteria must be identified, covered and transferred into mathematical equations, which are useable for optimisation. The intention of this work is to show a way for multidisciplinary process integration which involves different programmes, like a CAD-System, a FE solver and a CFD solver. A multi-objective optimisation with goals of all blade design parts is also part of this thesis. Main focuses are some problems which appear as part of the automation of the whole process and recommendations to solve them within the cur-rent design criteria are given. Both, the automated process and the optimisation are demonstrated for a typical industrial blade design process. KW - Axialverdichter KW - Optimierung KW - Interdisziplinär KW - Prozessintegration KW - Datentransfer KW - Mehrzieloptimierung KW - Verdichterauslegung KW - Multidisciplinary KW - Process integration KW - Data transfer KW - Multi-objective optimisation KW - Compressor blade design Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-11397 SN - 978-3-8322-8572-2 ER -