Naar een nieuwe generatie machines en mechatronische systemen

Naar een nieuwe generatie machines en mechatronische systemen Overzicht vertaalonderzoeken 2011-2014

16.06.15

1

Hoognauwkeurige externe feeder voor printsysteem Benes  Drijfveer: evolutie naar grotere panelen in de grafische sector is een marktopportuniteit voor externe feedersystemen voor printers  Uitdaging: performant feedersysteem ontwerpen dat integreerbaar is in een printeroplossing zonder impact op de software en hardware van de printer

16.06.15

2

Hoognauwkeurige externe feeder voor printsysteem Benes  Aanpak: systematische ontwerpaanpak  Conceptgeneratie  Detailontwerp, sturing en implementatie met dsPIC rapid prototyping platform

 Resultaat: Ontwerpconcept dat aan de vereisten voldoet. Proofof-concept gebouwd en succesvol geëvalueerd 16.06.15

3

Evaluatie elektrische energieopslag voor een voertuig Bluways  Drijfveer: haalbaarheid en ontwerp van een energieopslagsysteem voor een voertuig  Uitdaging: wat is de ideale opslagtechnologie en het optimale energiemanagement voor deze toepassing? Lithium-ion supercondensatoren

Supermagnetische energieopslag (SMES)

Vliegwiel

16.06.15

4

Evaluatie elektrische energieopslag voor een voertuig Bluways

Energieverlies per cyclus

 Aanpak: systematische ontwerpaanpak  Dimensionering van componenten en topologie met behulp van Matlab/Simulink model  Bepaling en evaluatie controlestrategie  Evaluatie kosten-baten Vergelijking opslagtechnologieën magnetische opslag vliegwielen lithium condensatoren Amplitude belasting

 Resultaat: ingeschatte haalbaarheid en rendabiliteit van gedimensioneerde oplossing. Reductie energieverbruik met 40% 16.06.15

5

Modellering van een sproeikop AutoJet Technologies  Drijfveer: nauwkeurige debietregeling en reductie van calibratietijd realiseren met bestaande sproeikoptechnologie  Uitdaging: invloed van veranderlijke bedrijfscondities en interne werking sproeikop in rekening kunnen brengen

16.06.15

6

Modellering van een sproeikop AutoJet Technologies  Aanpak: fysisch-gebaseerde modellering van een sproeikop 

Elektromechanische en hydraulische modellering



Implementatie model in Matlab Simscape



Calibratie van het model met meetdata

Meetdata Model 1 Model 2 Model 3

Calibratie model

 Resultaat: numeriek simulatiemodel en aanbevelingen voor verdere validatie en toepassing 16.06.15

7

Geluidsarme koeltorens Baltimore Aircoil  Drijfveer: wat is het potentieel om de geluidsafstraling van open koeltorens te verminderen?  Uitdaging: juist meten en inschatten van potentiële geluidsreductie

16.06.15

8

Geluidsarme koeltorens Baltimore Aircoil  Aanpak: experimentele en numerieke geluidsstudie  meting geluidsbronnen en geluidsspectrum  in kaart brengen geluid reducerende maatregelen  numerieke schatting van akoestische dempingscapaciteit Sound Power Unit: Lw = 90 dBA

62 60

15

58 10 0

56 54

5

5

10 52

0

Air Inlet Side

Spatial Sound Pressure Level [dBA]

64

15 15

10

5 0 -5 -10 Unit End Side - Hemisphere radius 15m

-15

 Resultaat: kennisopbouw rond akoestiek en geluidsreductie van open koeltorens 16.06.15

9

Lerende controle voor draadwinder Bekaert  Drijfveer: productieonderbreking en materiaalverlies door draadbreuk vermijden bij het winden van staaldraad  Uitdaging: het optreden van bulten/dalen, die breuk veroorzaken, vermijden bij de omkeerpunten; dit lukt niet met conventionele PID controle vin

BULT

θ

x ωTU

DAL

r

16.06.15

10

Lerende controle voor draadwinder Bekaert  Aanpak: lerende controle toepassen die de omkeerpunten tijdens het wikkelen aanpast aan de variabele werkomstandigheden.  Ontwikkeling reinforcement learning algoritme en automatische C/C++ code generatie via Matlab actie zelflerende controller

evolutie van afwijking van profieldikte

vast keerpunt willekeurig keerpunt reinforcement learning

beloning

 Resultaat: succesvol geïntegreerd in industriële controller van een draadwinder  Minder ad hoc tuning nodig  Minder materiaalverlies en operatorhandelingen dan bij klassieke, niet-lerende regelaar

16.06.15

11

Evaluatie actuatorconcepten wisarm Bosch  Drijfveer: wat is het meest geschikte actuatorconcept voor een wisarm?  Uitdaging: de actuator moet voldoen aan de dynamische vereisten, passen in een beperkt volume en low cost zijn

16.06.15

12

Evaluatie actuatorconcepten wisarm Bosch  Aanpak: evaluatie van actuatorconcepten volgens systematische ontwerpaanpak  Verschillende actuatorconcepten, vb. series-elastic actuator  Controleprincipes  Kinematische/dynamische berekeningen in Matlab  Actuatorselectie fabrikanten Series-elastic actuator

 Resultaat: vergelijking van potentiële actuatorconcepten volgens criteria (performantie, inbouw, prijs, complexiteit) 16.06.15

13

Energie-efficiënte regeling hybride aandrijflijn Punch Powertrain  Drijfveer: verlaging brandstofverbruik van een hybride aandrijflijn door intelligente regeling  Uitdaging: complexer aandrijfsysteem vraagt superviserend energiemanagement; wanneer opslag en wanneer benutting van energie?

16.06.15

14

Energie-efficiënte regeling hybride aandrijflijn Punch Powertrain  Aanpak: modelgebaseerde ontwikkeling optimale en real-time controlestrategie  Opstellen van een model voor de hybride aandrijflijn  Bepaling optimale controlestrategie met dynamisch programmeren en ontwikkeling online regelstrategie

 Resultaat: reductie brandstofverbruik van 17% aangetoond met optimale controle. Benaderende online regeling geëvalueerd 16.06.15

15

Modellering gaskwaliteit water elektrolyser Hydrogenics  Drijfveer: de gaszuiverheid verhogen door een verbeterd ontwerp van de installatie i.p.v. door nafilteren van de gassen  Uitdaging: oorzaken van wederzijdse contaminatie van geproduceerde gasfracties in kaart brengen in de tweefase-stromingen doorheen de installatie

16.06.15

16

Modellering gaskwaliteit water elektrolyser Hydrogenics  Aanpak: systeemgedrag bestuderen aan de hand van 2D numerieke stromingssimulatie van de twee-fase-stroming in één elektrolyse cel in samenwerking met Von Karman Instituut cell stack

stromingssnelheid

elektrolysecel

 Resultaat: inzicht in de stromingsprocessen in de elektrolyse cellen die contaminatie kunnen veroorzaken en inzicht in de benodigde ontwerpaanpassingen 16.06.15

17

Reductie van torsietrillingen Dana  Drijfveer: evolutie naar lagere toerentallen en minder cilinders in verbrandingsmotoren leidt tot grotere koppelvariaties: hoe kunnen de resulterende torsietrillingen beter gereduceerd worden?  Uitdaging: genereren en verifiëren van haalbare concepten voor een torsietrillingsdemper

Verbrandings - motor

T

demper

T

Transmissie

16.06.15

18

Reductie van torsietrillingen Dana  Aanpak: oplossingspistes conceptueel en via simulatie onderzoeken  overzicht en review van conceptuele oplossingen  multibody simulatie van een pendulum demper in Hotint simulatiesoftware

trillingsversterking trillingsreductie potentieel

 Resultaat: potentiële trillingsdemperconcepten in kaart gebracht 16.06.15

19

Regeling elektrische schokdempertestmachine Van Hoecke Automation  Drijfveer: nauwkeurige trajectsturing realiseren op een elektrische schokdempertestmachine  Uitdaging: welke controlestructuur en welk regelalgoritme leveren de vereiste performantie? FRAME ACTUATOR

ua

Demper LOAD CELL

Fa,des Low level controle

Fd

xd

High level controle

xref

Fd, xd

16.06.15

20

Regeling elektrische schokdempertestmachine Van Hoecke Automation  Aanpak:  Oplijsten specificaties en systeemkarakterisatie  Ontwerp van een trajectgenerator  Ontwerp en simulatie van een regelstrategie trajectgeneratie

 Resultaat: geïmplementeerde trajectgenerator en regelstrategie 16.06.15

21

Energie-efficiënt aandrijfconcept takkenversnipperaar Vandaele Konstruktie  Drijfveer: een meer compacte en energie-efficiënte machine met behoud van productiviteit en gelijkaardige kost  Uitdaging: hoe een energie-efficiënte aandrijflijn ontwerpen die aan die verschillende objectieven beantwoordt?

Hout

INVOER ROLLEN

MESSEN -SCHIJF

TRANSMISSIE

DIESELMOTOR

16.06.15

22

Energie-efficiënt aandrijfconcept takkenversnipperaar Vandaele Konstruktie  Aanpak: modelgebaseerde ontwerpaanpak  Simulatiemodel in Matlab Simscape gefit op audit meetdata  Conceptgeneratie en virtuele evaluatie origineel ontwerp

optimale aandrijftrein + nieuwe motor

alternatieve ontwerpen

 Resultaat: ontwerpconcepten met efficiëntie- en productiviteitsverbetering ~20%, inschatting meerkost componenten vs reductie energiekost 16.06.15

23

Geïntegreerde regeling strijkmachine Lapauw  Drijfveer: hogere productiecapaciteit realiseren met eenzelfde strijkvermogen en behoud van kwaliteit  Uitdaging: hoe kan het strijkproces energie-efficiënter geregeld worden? Droge aangezogen lucht

Droog strijkgoed

Vochtig strijkgoed

Vochtig afgevoerde lucht

Thermische olie uit

Thermische olie in

16.06.15

24

Geïntegreerde regeling strijkmachine Lapauw  Aanpak: systematische aanpak voor het ontwerp en de implementatie van een regelaar  Regelaarconcept en algoritmes uitgewerkt op basis van inzichten auditmetingen en gevalideerd in Matlab simulatie  Implementatie van regelaar in demo-strijkmachine  Bepaling regelparameters via identificatietesten

 Resultaat: geïmplementeerde regelstrategie, klaar voor tuning en evaluatie 16.06.15

25

Energieproductie uit luchtstroming Duco  Drijfveer: een energie-autonome i.p.v. een bekabelde regelklep kan de installatiekost van een ventilatiesysteem beperken  Uitdaging: technologische haalbaarheid inschatten van energierecuperatie uit luchtstroming

16.06.15

26

Energieproductie uit luchtstroming Duco  Aanpak: systematische ontwerpaanpak voor het bepalen van vereisten, haalbaarheid en concepten   

Haalbaarheidsberekeningen Conceptgeneratie Experimentele evaluatie van ontwerpconcepten

 Resultaat: inschatting technologische haalbaarheid van energie-autonome klep en inzicht in volgende stappen 16.06.15

27

Optimalisatie ophanging wasmachine Alliance  Drijfveer: verbeterde demping van een wastrommel realiseren rekening houdend met beperkte inbouwruimte en reductie van trillingen naar de omgeving  Uitdaging: hoe kan je efficiënt een optimale demperconfiguratie bepalen?

16.06.15

28

Optimalisatie ophanging wasmachine Alliance 

Aanpak: modelgebaseerde aanpak  Toepassen van een generiek multibody model op huidige configuratie  Verbeterde configuratie op basis van simulaties en experimentele evaluatie

experiment

huidig

voorstel

Simulatie



Resultaat: configuratie die trillingsamplitude met 40% en kracht naar de grond met 10% reduceert. Inzichten in systeemgedrag dankzij simulatiemodel 16.06.15

29

http://www.ecomechatronics.be Pieter Beyl

Senior Engineer Mechatronics - Sirris

[email protected] +32 498 91 94 57 16.06.15