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Adelt, P., Donoth, J., Gausemeier, J., Geisler, J., Henkler, S., Kahl, S., Klöpper, B., Krupp, A., Münch, E., Oberthür, S., Paiz, C., Podlogar, H., Porrmann, M., Radkowski, R., Romaus, C., Schmidt, A., Schulz, B., Vöcking, H., Witkowski, U., Witting, K. and Znamenshchykov, O. Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus -- Definitionen, Anwendungen, Konzepte. 2008
Vol. Band 234 
book  
BibTeX:
@book{SFB_SOSysteme2008,
  author = {Adelt, P. and Donoth, J. and Gausemeier, J. and Geisler, J. and Henkler, S. and Kahl, S. and Klöpper, B. and Krupp, A. and Münch, E. and Oberthür, S. and Paiz, C. and Podlogar, H. and Porrmann, M. and Radkowski, R. and Romaus, C. and Schmidt, A. and Schulz, B. and Vöcking, H. and Witkowski, U. and Witting, K. and Znamenshchykov, O.},
  title = {Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus -- Definitionen, Anwendungen, Konzepte.},
  publisher = {HNI-Verlagsschriftenreihe},
  year = {2008},
  volume = {Band 234},
  note = {ISBN 978-3-939350-53-8}
}
Böcker, J. Aktive Lenkung der Achsen eines Straßenbahndrehgestells mit Einzelradantrieben 2006 Workshop Entwurf mechatronischer Systeme, Heinz-Nixdorf-Institut, Universität PaderbornWorkshop Entwurf mechatronischer Systeme  inproceedings  
Abstract: Zusammenfassung Bei Schienenfahrzeugen mit Drehgestellen kommt es in Kurven prinzipbedingt zu einer Fehlstellung der Achsen. Diese sind dann nicht radial ausgerichtet, was im Nahverkehr, wo besonders kleine Kurvenradien anzutreffen sind, zu hohem Querschlupf führt, der mit Quietschen und starkem Verschleiß einhergeht. Eine radiale Ausrichtung würde den Verschleiß reduzieren und damit den Wartungsbedarf und die Stillstandszeiten verringern. Die radiale Ausrichtung setzt voraus, dass die einzelne Achse im Drehgestell einen zusätzlichen Drehfreiheitsgrad um ihre Hochachse erhält. Die radiale Einstellung könnte durch einen separaten Aktuator bewerkstelligt werden. Ist das Fahrzeug jedoch aus Gründen der Niederflurkonstruktion ohnehin mit Einzelradantrieben ausgerüstet, kann ein Gierdrehmoment zur Achslenkung ohne zusätzlichen Aktuator direkt durch die elektrischen Fahrantriebe mittels unterschiedliche Traktionskräfte für das rechte und linke Rad erzeugt werden. Für die Regelung des Lenkwinkels ist es erforderlich, die Kurvenkrümmung zu kennen. Diese kann aus Messung der Drehrate des Drehgestells gewonnen werden. Die Achsregelung erfordert verhältnismäßig wenig algorithmischen Aufwand und kann weitgehend innerhalb der vorhandenen Leittechnik realisiert werden.
BibTeX:
@inproceedings{Boecker2006,
  author = {Böcker, J.},
  title = {Aktive Lenkung der Achsen eines Straßenbahndrehgestells mit Einzelradantrieben},
  booktitle = {Workshop Entwurf mechatronischer Systeme},
  journal = {Workshop Entwurf mechatronischer Systeme, Heinz-Nixdorf-Institut, Universität Paderborn},
  year = {2006}
}
Böcker, J. Advanced Hysteresis Control of Brushless DC Motors 2004 Deutsch-Koreanisches Symposium, Aachen,Deutsch-Koreanisches Symposium  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Boecker2004a,
  author = {Joachim Böcker},
  title = {Advanced Hysteresis Control of Brushless DC Motors},
  booktitle = {Deutsch-Koreanisches Symposium},
  journal = {Deutsch-Koreanisches Symposium, Aachen,},
  year = {2004}
}
Böcker, J. Tolerance Band Controller for a Three-Level Four-Quadrant Converter Including DC Link Balancing 2004 PESC 2004, Aachen, Germany.35th Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Boecker2004b,
  author = {Böcker, J.},
  title = {Tolerance Band Controller for a Three-Level Four-Quadrant Converter Including DC Link Balancing},
  booktitle = {35th Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)},
  journal = {PESC 2004, Aachen, Germany.},
  year = {2004}
}
Böcker, J., Amann, N. and Schulz, B. Active Suppression of Torsional Oscillations 2004 3rd IFAC Symposium on Mechatronic Systems, Sydney,3rd IFAC Symposium on Mechatronic Systems  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Boecker2004,
  author = {Joachim Böcker and Notker Amann and Bernd Schulz},
  title = {Active Suppression of Torsional Oscillations},
  booktitle = {3rd IFAC Symposium on Mechatronic Systems},
  journal = {3rd IFAC Symposium on Mechatronic Systems, Sydney,},
  year = {2004}
}
Böcker, J. and Buchholz, O. Can oversampling improve the dynamics of PWM controls? 2013 Industrial Technology (ICIT), 2013 IEEE International Conference on, pp. 1818-1824  inproceedings DOI  
Abstract: Regular Sampling is the state of the art when employing digital discrete-time control to pulse width-modulated systems. However, the fact that the dynamics of discrete-time control is below that of an analog continuous-time control is often not being aware. The paper shows that digital control dynamics can be improved with oversampling, i.e. employing a higher rate for sampling and controller updating as with Regular Sampling without increasing the pulse frequency. As a result, it is shown that already an oversampling rate of about 8 to 16 provides approximately the same dynamics of a continuous-time control. The benefits of even higher oversampling rates are of minor significance, which can be understood as a clear design recommendation. Though the consideration is carried out with a simplified circuitry, the results are of general meaning and can be transferred easily to application in the area of drive control or switched-mode power supplies.
BibTeX:
@inproceedings{BoeckerBuchholz2013,
  author = {Joachim Böcker and Oleg Buchholz},
  title = {Can oversampling improve the dynamics of PWM controls?},
  booktitle = {Industrial Technology (ICIT), 2013 IEEE International Conference on},
  year = {2013},
  pages = {1818-1824},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ICIT.2013.6505952}
}
Böcker, J., Huber, T., Romaus, C. and Specht, A. Elektromobilität in Paderborn -- Kerntechnologien für Automobile von morgen 2011 ForschungsForum Paderborn
Vol. 14 
article  
BibTeX:
@article{BoeckerHuberRomausEtAl2011,
  author = {Joachim Böcker and Tobias Huber and Christoph Romaus and Andreas Specht},
  title = {Elektromobilität in Paderborn -- Kerntechnologien für Automobile von morgen},
  journal = {ForschungsForum Paderborn},
  year = {2011},
  volume = {14}
}
Böcker, J., Huber, T., Romaus, C., Specht, A. and Wallscheid, O. Kluge Köpfe unter Strom: Elektro- und Informationstechnik an der Universität Paderborn 2011 Ingenieurwissenschaften Deutschland - Zukunft & Faszination der Elektro- und Informationstechnik, pp. 274-281  inproceedings URL 
BibTeX:
@inproceedings{BoeckerHuberRomausEtAl2011a,
  author = {Joachim Böcker and Tobias Huber and Christoph Romaus and Andreas Specht and Oliver Wallscheid},
  title = {Kluge Köpfe unter Strom: Elektro- und Informationstechnik an der Universität Paderborn},
  booktitle = {Ingenieurwissenschaften Deutschland - Zukunft & Faszination der Elektro- und Informationstechnik},
  publisher = {Institut für Wissenschaftliche Veröffentlichungen, VDE/ZVEI},
  year = {2011},
  pages = {274-281},
  url = {http://www.institut-wv.de/fileadmin/iwv_files/pdf/096-213_Zukunft_Faszination.pdf}
}
Böcker, J. and Kröger, C. Control of Permanent Magnet Synchronous Motor with Dual-Mode Position Estimation 2005 EPE 2005Dresden, Deutschland.11th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Boecker2005,
  author = {Böcker, J. and Kröger, C.},
  title = {Control of Permanent Magnet Synchronous Motor with Dual-Mode Position Estimation},
  booktitle = {11th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)},
  journal = {EPE 2005Dresden, Deutschland.},
  year = {2005}
}
Böcker, J. and Mathapati, S. State of the Art of Induction Motor Control 2007 IEEE International Electric Machines and Drives Conference 2007, AntalyaInternational Electric Machines and Drives Conference (IEMDC)  inproceedings  
Abstract: Abstract—The induction motor is well known as the workhorse of industry. The development of variable speed induction motor drives has a long history of more than four decades. Today’s sophisticated industrial drives are the result of the extensive research and development during the last decades. In this paper the historical and recent developments and major milestones in control of induction motors are pointed out first and second how research results were translated into today’s industrial standards, and third at last, what are the current trends in research and industry are summarized.
BibTeX:
@inproceedings{Boecker2007,
  author = {J. Böcker and S. Mathapati},
  title = {State of the Art of Induction Motor Control},
  booktitle = {International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC)},
  journal = {IEEE International Electric Machines and Drives Conference 2007, Antalya},
  year = {2007}
}
Böcker, J., Schulz, B., Knoke, T. and Fröhleke, N. Self-Optimization as a Framework for Advanced Control Systems 2006 Int. Electronics Conference (IECON), November 2006, Paris, Frankreich32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON)  inproceedings  
Abstract: Abstract Optimization is a usual step of control design. To do so, clear design goals have to be defined and sufficient system information must be given as prerequisites. However, data are often inaccurate or missing and design goals may change during operation. That is why a concept of self-optimizing systems is proposed, which is able to optimize the system even during operation. The proposed concept should be understood as a framework to incorporate various control and optimization methods. A key element of the proposal is the Operator Controller Module, which consists of a cognitive part for planning tasks with lower realtime requirements and a reflective part for the execution level. A particular focus is given to how to handle multi-objective optimization with on-line adaptation of the objectives depending on internal and external design goals. Examples how to employ the concept in practice are given.
BibTeX:
@inproceedings{Boecker2006a,
  author = {Böcker, J. and Schulz, B. and Knoke, T. and Fröhleke, N.},
  title = {Self-Optimization as a Framework for Advanced Control Systems},
  booktitle = {32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON)},
  journal = {Int. Electronics Conference (IECON), November 2006, Paris, Frankreich},
  year = {2006}
}
Böcker, J. Discrete-Event Converter Control 2003 10th European Conference on Power Electronis and Applications (EPE 2003)  inproceedings  
Abstract: Hysteresis control is a fast and robust control approach but it is mostly applied only to simple converter systems. Considering such controllers as discrete-event systems opens a more systematic view and enables the controller design even for complex converter systems like a multi-system auxiliary converter as presented here. The controller is realized without any processor only on a FPGA device.
BibTeX:
@inproceedings{Boecker2003,
  author = {Böcker, J.},
  title = {Discrete-Event Converter Control},
  booktitle = {10th European Conference on Power Electronis and Applications (EPE 2003)},
  year = {2003}
}
Böcker, J., Bösing, M., Bredehorn, M., Canders, W.-R., Cebulski, B., Doetsch, P., Doncker, R.D., Kashani, O.F., Friedrich, B., Grube, T., Hameyer, K., Hennen, M., Hoffmann, K., Hofmann, W., Iles, D., Kreim, A., Lunz, B., Lutz, J., März, M., Mertens, A., Neef, C., Peters, W., Rehtanz, C., Rolink, J., Sauer, D.U., Schäfer, U., Schäfer, H., Schmülling, B., Schöning, M., Stolten, D., v. Treek, D., Wermuth, M., Wittler, M. and Wirth, R. VDE Studie Elektrofahrzeuge -- Bedeutung, Stand der Technik, Handlungsbedarf 2010 www.vde.com  booklet  
BibTeX:
@booklet{TaskforceElektrofahrzeuge2010,
  author = {J. Böcker and M. Bösing and M. Bredehorn and W.-R Canders and B. Cebulski and P. Doetsch and R. De Doncker and O. F. Kashani and B. Friedrich and Th. Grube and K. Hameyer and M. Hennen and K. Hoffmann and W. Hofmann and D. Iles and A. Kreim and B. Lunz and J. Lutz and M. März and A. Mertens and Ch. Neef and W. Peters and Ch. Rehtanz and J. Rolink and D. U. Sauer and U. Schäfer and H. Schäfer and B. Schmülling and M. Schöning and D. Stolten and D. v. Treek and M. Wermuth and M. Wittler and R. Wirth},
  title = {VDE Studie Elektrofahrzeuge -- Bedeutung, Stand der Technik, Handlungsbedarf},
  year = {2010}
}
Böcker, J., Beineke, S. and Bähr, A. On the control bandwidth of servo drives 2009 Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on, pp. 1-10  inproceedings  
Abstract: In this paper, the control performance of servo drives is being investigated. In this context, particular focus is put on the achievable control bandwidth, dependant on the chosen design parameters such as sampling rate, sampling strategy, and filter constants.
BibTeX:
@inproceedings{BoeckerBeineke2013,
  author = {Böcker, J. and Beineke, S. and Bähr, A.},
  title = {On the control bandwidth of servo drives},
  booktitle = {Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on},
  year = {2009},
  pages = {1-10}
}
Böcker, J., Huber, T., Meyer, M., Peters, W., Pohlenz, D. and Specht, A. Regelung elektrischer Traktionsantriebe in Elektro- und Hybridfahrzeugen 2010 at – Automatisierungstechnik
Vol. 58(10), pp. 599-608 
article DOI  
BibTeX:
@article{BoeckerHuberMeyerEtAl2010,
  author = {Joachim Böcker and Tobias Huber and Michael Meyer and Wilhelm Peters and Daniel Pohlenz and Andreas Specht},
  title = {Regelung elektrischer Traktionsantriebe in Elektro- und Hybridfahrzeugen},
  journal = {at – Automatisierungstechnik},
  year = {2010},
  volume = {58},
  number = {10},
  pages = {599-608},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1524/auto.2010.0871}
}
Beineke, S., Baehr, A. and Böcker, J. Theoretisch und praktisch erreichbare Regelgüte von Servoantrieben 2010 antriebstechnik  article  
Abstract: Die Regelungsqualität eines Servoreglers wird in Marketing und Vertrieb anhand charakteristischer Kennwerte beurteilt. Wettbewerber aus dem asiatischen Raum werben häufig mit hohen Bandbreiten des Drehzahlregelkreises. Europäische Hersteller führen kurze Abtastzeiten für die Regelkreise als Gütekriterium an und werben mit Abtastfrequenzen von 32 kHz im Stromregelkreis. Von Kundenseite werden diese Kennwerte als Gütekriterien aufgegriffen, obwohl sie für den Anwender aus dem Maschinenbau nur unter idealen Voraussetzungen Aussagekraft haben. Da die
realen Verhältnisse an einer Produktionsmaschine oder Anlage wesentlich ungünstiger sind, sollen in diesem Beitrag die Zusammenhänge zwischen den genannten Kennwerten und der tatsächlich erzielbaren Regelungsperformanz für den Anwender transparent gemacht werden.
BibTeX:
@article{Beineke2011,
  author = {Beineke, Stefan and Baehr, Alexander and Böcker, Joachim},
  title = {Theoretisch und praktisch erreichbare Regelgüte von Servoantrieben},
  journal = {antriebstechnik},
  year = {2010}
}
Benning, T. Modellierung von Energiespeichern für ein hybrides Energiespeichermodul mit NiMH-Batterien und Doppelschichtkondensatoren 2007 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik,
Universität Paderborn 
mastersthesis URL 
Abstract: Aufgabenstellung Modellierung von Energiespeichern für ein hybrides Energiespeichermodul mit NiMH-Batterien und Doppelschichtkondensatoren Energiespeicher sind ein aktueller Forschungsschwerpunkt u. a. bei der Entwicklung mobiler Traktionsanwendungen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen oder dem RailCab der Neuen Bahntechnik Paderborn. Diese Anwendungen erfordern einen Speicher, der sich sowohl durch eine hohe Leistungsdichte wie auch durch eine hohe Energiedichte auszeichnet. Aktuelle Speichertechnologien erfüllen diese Anforderung nicht: Akkumulatoren als elektrochemische Speicher auf der Basis z. B. von Nickel-Metallhydrid oder Nickel-Cadmium sind in der Lage, große Energiemengen zu speichern, bieten jedoch nur eine begrenzte Leistung und Zyklenfähigkeit. Doppelschichtkondensatoren als elektrostatische Speicher besitzen eine nahezu unbegrenzte Zyklenzahl bei hohen Leistungen, können jedoch nur geringe Ladungsmengen speichern. Am Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik wird daher ein hybrides Energieversorgungsmodul aus Nickel-Metallhydrid-Batterien und Doppelschichtkondensatoren untersucht, in dem die Batterien die Funktion des Langzeitspeichers übernehmen und durch die hohe Leistung und Zyklenfestigkeit der Kondensatoren ergänzt werden. Ziel ist die effiziente Speicherung der benötigten Energie und die Aufteilung der Leistungsflüsse unter der Berücksichtigung der Ziele Wirkungsgrad, Lebensdauer, Gewicht und Kosten. Zur Entwicklung von Betriebsstrategien, zur Durchführung von Optimierungen und für die Simulation des Energiemanagements der Speicher sollen in dieser Studienarbeit die am Prüfstand verwendeten Energiespeicher modelliert werden. Hierzu soll zuerst ein Überblick über die Eigenschaften der Speicher und auftretende Phänomene gegeben werden. Dabei ist insbesondere die Abhängigkeit von Klemmenspannung, Speichertemperatur, Lebensdauer und Wirkungsgrad von den Eingangsgrößen Speicherstrom und Umgebungstemperatur zu betrachten. Anschließend sind die relevanten Eigenschaften mathematisch zu modellieren und entsprechende Modelle in Matlab/Simulink zu erstellen. Durch Messungen an den realen Speichern sind diese Modelle zu parametrisieren und zu validieren. Betreuer: Prof. Dr.-Ing. J. Böcker, Dipl.-Ing. Christoph Romaus Ausgabe: Mai 2007 Abgabe: November 2007
BibTeX:
@mastersthesis{Benning2007,
  author = {Benning, Thomas},
  title = {Modellierung von Energiespeichern für ein hybrides Energiespeichermodul mit NiMH-Batterien und Doppelschichtkondensatoren},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik,
Universität Paderborn}, year = {2007}, url = {file://lealiteratur\LEA_Seminar007Benning_Thomas_Modellierung_Energiespeicher.ppt} }
Böcker, J., Sun, M., Cao, Z., Tong, L., Zou, H. and Ranjan, P. High Fidelity Hybrid Hardware-in-the-Loop Simulator with FPGA and Processor for AC Railway Traction 2012 PCIM 2012  inproceedings  
Abstract: In this paper, a high fidelity hybrid real time hardware-in-the-loop (HiL) simulator using FPGA and real time processor is introduced and its application on an AC railway vehicle traction system composed of power electronic converter and induction motor is reported. By a novel computation load balancing, a reduced FPGA resource consumption and reduced delay introduced by HiL can be achieved. The closed-loop experiment with a three-phase induction motor controller shows that the proposed hybrid solution obtained almost the same computing precision as that of a pure FPGA HiL simulator.
BibTeX:
@inproceedings{BoeckerSunCao2012,
  author = {Joachim Böcker and Meng Sun and Cao, Z. and Tong, L. and Zou, H. and Ranjan, P.},
  title = {High Fidelity Hybrid Hardware-in-the-Loop Simulator with FPGA and Processor for AC Railway Traction},
  booktitle = {PCIM 2012},
  year = {2012}
}
Bolte, S., Baurichter, J., Fröhleke, N., Böcker, J. and Figge, H. Verlustmodellierung und Effizienzoptimierung einer hart schaltenden, netzfreundlichen Pulsgleichrichterstufe (PFC) 2013 Internationaler ETG-Kongress  inproceedings  
Abstract: Die sogenannte Totem-Pole-Topologie stellt eine kostengünstige und elektrisch hocheffiziente Schaltungstopologie für
die netzfreundliche Gleichrichterstufe eines On-Board Ladegerätes dar. Die Verfügbarkeit von Siliziumkarbid MOS-
FETs ermöglicht erstmals den stromkontinuierlichen Betrieb dieser Schaltungstopologie. In diesem Beitrag wird die
Verlustmodellierung einer hart schaltenden, netzfreundlichen Pulsgleichrichterstufe in Totem-Pole-Topologie und die
Optimierung der PFC-Drossel vorgestellt.
BibTeX:
@inproceedings{BolteBaurichter2013,
  author = {Sven Bolte and Jan Baurichter and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker and Heiko Figge},
  title = {Verlustmodellierung und Effizienzoptimierung einer hart schaltenden, netzfreundlichen Pulsgleichrichterstufe (PFC)},
  booktitle = {Internationaler ETG-Kongress},
  year = {2013}
}
Boxnick, S., Klöpfer, S., Romaus, C. and Klöpper, B. Multiobjective Search for the Management of a Hybrid Energy Storage System 2010 $8^th$ International Conference on Industrial Informatics (INDIN)  inproceedings URL 
Abstract: Self-optimizing mechatronic systems are a new class of technical systems which are able to autonomously reason about their objectives and to select appropriate behavior adaptations with regard to their current environment and changing requirements. Obviously, reasoning and changing the system’s behavior during operation is a time critical task. Thus, it is´usually not possible to explore all possible behaviors and evaluate them regarding various objectives. To reduce this effort, the set of nondominated solutions, the Pareto set, can be computed in advance and thus the effort of adapting the system behavior is reduced to a decision making process. This paper introduces a search based approach to approximate the Pareto set with a multi objective search algorithm. The algorithm is designed for the management of a hybrid energy storage module in a rail-bound vehicle where the two contradicting objectives of maximizing the power reserve to maintain robust against unexpected power peaks and minimizing the deterioration of the storages have to be optimized simultaneously.
BibTeX:
@inproceedings{BoxnickKloepferRomausKloepper2010,
  author = {SImon Boxnick and Stefan Klöpfer and Christoph Romaus and Benjamin Klöpper},
  title = {Multiobjective Search for the Management of a Hybrid Energy Storage System},
  booktitle = {$8^th$ International Conference on Industrial Informatics (INDIN)},
  year = {2010},
  url = {http://indin2010.ist.osaka-u.ac.jp/}
}
Buchholz, O. Untersuchungen zur Arbeitspunktsteuerung eines doppelt gespeisten Linearmotors für eine Fahrzeugkonvoi 2009 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
Abstract: An der Universität Paderborn werden in einem interdisziplinären Forschungsprojekt Linearmotor getriebene Schienenfahrzeuge entwickelt. Da der eingesetzte doppelt gespeiste Linearmotor Relativbewegungen zwischen Fahrzeugen auf gemeinsam befah­renen Streckenabschnitten ermöglicht, können sich einzelne Fahrzeuge autonom zu berührungslosen Konvois zusammenschließen. Neben der Antriebsfunktion dient der doppelt gespeiste Linearmotor der Energieübertragung ins Fahrzeug-Bordnetz. Eine aus­reichende Energieübertragung ist jedoch nicht in jedem Arbeitspunkt möglich, so dass ein Energiespeicher auf dem Fahrzeug eingesetzt wird. Um den Linearmotor sowohl hin­sichtlich seiner Antriebs- als auch seiner Energieübertragungsfunktion optimal betreiben zu können, ist eine intelligente Arbeitspunktsteuerung erforderlich. Das gleichzeitige Befahren eines gemeinsamen Streckenabschnitt von mehreren Fahr­zeugen, erfordert eine Funkkommunikation zwischen den Fahrzeugen zur Aushandlung des streckenseitigen Arbeitspunktes, der nur nach Vorgabe aller beteiligten Fahrzeuge eingestellt werden darf. Für einen Fahrzeugkonvoi existieren zudem unterschiedliche Betriebsarten. Neben dem üblicherweise vorgesehenen berührungslosen, abstandsgere­gelten Betrieb sind auch ein gekoppelter Betrieb sowie ein Schiebebetrieb denkbar. In der vorliegenden Arbeit ist ein detaillgetreues Simulationsmodell für den Konvoibe­trieb mit zwei Fahrzeugen zu erarbeiten. Dies soll aufbauend auf einem bestehenden Fahrzeugmodell so erweitert werden, dass genaue Untersuchungen der Leistungsflüsse für den Konvoibetrieb vorgenommen werden können. Dazu sind zwei parallel angeord­nete Fahrzeugmodelle durch ein Modell der Funkkommunikation miteinander zu ver­knüpfen und eine Erweiterung der Arbeitspunktsteuerung für den Konvoibetrieb vorzunehmen. Zu untersuchen sind einerseits Einflüsse einer realen Funkstrecke zwi­schen den Fahrzeugen auf die Energieübertragung im Konvoi. Ebenso sind die entwik­kelten Strategien der Arbeitspunktsteuerung zu validieren. Hinsichtlich der Energieübertragung sind Untersuchungen zu den zuvor genannten Betriebsmodi durch­zuführen.
BibTeX:
@mastersthesis{Buchholz2009,
  author = {Buchholz, Oleg},
  title = {Untersuchungen zur Arbeitspunktsteuerung eines doppelt gespeisten Linearmotors für eine Fahrzeugkonvoi},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2009},
  url = {file://lealiteraturLEA_Seminar009009_SA33_Vortrag.pdf}
}
Buchholz, O. and Böcker, J. FPGA-Based Dynamically Reconfigurable Control of Induction Motor Drives 2013 IECON 2013 - 39th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society  inproceedings  
Abstract: Field-oriented control has become state-of-the-art in AC drives. Nevertheless it is undisputed that other control approaches like the direct torque control can outperform the field-oriented control in some operating conditions, e.g. in terms of torque dynamics or voltage utilization in the flux weakening region. Therefore, this paper’s purpose is to demonstrate the potential of a dynamically reconfigurable control, which can, depending on the current operating situation, switch between different controllers depending on the particular situation in order to improve the control performance within the entire operating region. The possible reconfiguration approaches as well as the constraints which have to be considered while switching between the different controllers are presented and validated on an induction motor test bench. As a result, it is shown that by suitably combining of the very well known basic control approaches, an improved control behavior in the whole operating region can be achieved without the need of modifying them in order to enhance control approach specific deficiencies.
BibTeX:
@inproceedings{Buchholz2013,
  author = {Buchholz, O. and Böcker, J.},
  title = {FPGA-Based Dynamically Reconfigurable Control of Induction Motor Drives},
  booktitle = {IECON 2013 - 39th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society},
  year = {2013}
}
Buchholz, O., Mathapathi, S. and Böcker, J. Boosting Dynamics of AC Machines by using FPGA-Based Controls 2012 PCIM 2012  inproceedings  
Abstract: The main focus of the following contribution is to point out the advantages of Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) as a realization platform for AC machine controls in comparison to state-of-the-art Digital Signal Processor (DSP) based controls. Initially some important details of DSP based controls and the calculation of the achievable control bandwidth as a function of the chosen design parameters (e.g. sampling rate and strategy) are presented. It will be pointed out which constraints of DSP based realization lead to a limited control bandwidth. On the basis of the extracted results the FPGA-based quasi-continuous control is introduced and it is shown how the control bandwidth can be increased even if the switching frequency of the pulse width modulation (PWM) module is kept constant.
BibTeX:
@inproceedings{BuchholzMathapati2012,
  author = {Buchholz, O. and Mathapathi, S. and Böcker, J.},
  title = {Boosting Dynamics of AC Machines by using FPGA-Based Controls},
  booktitle = {PCIM 2012},
  year = {2012}
}
Cao, Z. Model-Based Development of DC-DC-Converters with Wide Operation Range and High Dynamics 2014 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Cao2014,
  author = {Zhiyu Cao},
  title = {Model-Based Development of DC-DC-Converters with Wide Operation Range and High Dynamics},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2014}
}
Cao, Z., Böcker, J., Fröhleke, N., Fu, C. and Tong, L. State of the Art of Real-Time Hardware-in-the-Loop Simulation Technology for Rail Vehicles 2010 PCIM 2010  inproceedings  
Abstract: Due to the increased complexity of the control system in modern locomotives real-time hardware-in-the-loop simulation is of considerable importance for controller design and integration test of the complete control system. In this contribution the general structure of the electrical traction drive systems of locomotives and the principal requirements for simulation of such systems in real-time mode are introduced first, and then the state of the art of simulator hardware, modeling technique and numerical computation are reviewed, and third of all technical trends are pointed out.
BibTeX:
@inproceedings{Cao2010,
  author = {Zhiyu Cao and Joachim Böcker and Norbert Fröhleke and Chengjun Fu and Laisheng Tong},
  title = {State of the Art of Real-Time Hardware-in-the-Loop Simulation Technology for Rail Vehicles},
  booktitle = {PCIM 2010},
  year = {2010}
}
Cao, Z., Fröhleke, N. and Böcker, J. Converter and control design for very low-frequency high-voltage test systems 2009 Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE 2009. IEEE, pp. 2168-2175  inproceedings DOI  
Abstract: With the rapid growth in energy generation supplied by regenerative and decentralized sources the supplying cabling grid is increasing. Therefore, a large demand on mobile high-voltage cable test systems results in the coming years. This paper deals with the development of a LCC resonant converter-based power supply scheme and the control strategy for generating an 85 kV (RMS) sinusoidal test voltage at very low frequency of 0.1 Hz. The resonant converter is designed based on steady state AC analysis and verified through simulation and experiments based on a prototyping system. In order to substitute voluminous and costly sensors in high-voltage circuitry a novel cascaded control strategy using an observer is developed. The control strategy is implemented and verified by experimental tests.
BibTeX:
@inproceedings{Cao2009,
  author = {Zhiyu Cao and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Converter and control design for very low-frequency high-voltage test systems},
  booktitle = {Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE 2009. IEEE},
  year = {2009},
  pages = {2168-2175},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316441}
}
Cao, Z., Fröhleke, N. and Böcker, J. Control design for a very low-frequency high-voltage test system 2009 Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on, pp. 1-10  inproceedings  
Abstract: In recent two decades the application of high voltage test systems using the concept of very low frequency is more and more accepted by industries. This contribution deals with the control design for a novel high voltage test system generating a true sinus test voltage of 85 kV (RMS) at 0.1 Hz based on a zero-voltage switched LCC-resonant converter and a 3-stage Cockcroft Walton voltage multiplier rectifier. The cascade control strategy using an output current observer enables substitution of voluminous and costly high-voltage current sensors. The true sinus test generator was implemented and verified by experimental tests, affirming the optimum choice of the topology for the demanding requirements and indicating a better THD-quality of the test voltage as compared to previous solutions.
BibTeX:
@inproceedings{Cao2009a,
  author = {Zhiyu Cao and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Control design for a very low-frequency high-voltage test system},
  booktitle = {Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on},
  year = {2009},
  pages = {1-10}
}
Cao, Z., Fröhlekea, N. and Böcker, J. Design of a Resonant Converter for Very Low-Frequency High-Voltage Test Systems 2009 PCIM China 2009  inproceedings  
Abstract: With the rapid growth of decentralized energy generation from renewable resources, the connecting high-voltage cabling grid is also increasing. Therefore, a large demand on mobile high-voltage cable test systems results in the coming years. This paper deals with the development of a LCC resonant converter-based power supply scheme generating an 85 kV (RMS) sinusoidal test voltage at very low frequency of 0.1 Hz for testing of high voltage cables. The resonant converter is designed based on steady state AC analysis. The results are verified with experimental investigations conducted on a prototyping system.
BibTeX:
@inproceedings{Cao2009b,
  author = {Zhiyu Cao and Norbert Fröhlekea and Joachim Böcker},
  title = {Design of a Resonant Converter for Very Low-Frequency High-Voltage Test Systems},
  booktitle = {PCIM China 2009},
  year = {2009}
}
Cao, Z., Hu, M., Frohleke, N. and Bocker, J. Modeling and Control Design for a Very Low-Frequency High-Voltage Test System 2010 Power Electronics, IEEE Transactions on
Vol. 25(4), pp. 1068-1077 
article DOI  
Abstract: With the rapid growth of energy generation by regenerative decentralized sources and the continuous replacement of overhead power lines by subterraneous distribution grids, the amount of power supply cables is increasing. In consequence, a large demand for mobile high-voltage cable test systems is expected within the coming years. This contribution deals with modeling and control design of a novel high-voltage test system based on a zero-voltage switching series-parallel resonant converter and a three-stage Cockcroft-Walton voltage multiplier rectifier, generating a true sinus test voltage of 85 kV (rms) at 0.1 Hz. Due to the inherent high dynamics of the power supply as compared to the slowly varying output test voltage, a cascaded control scheme relying on a fast inner current control loop combined with an outer voltage control is established. In order to derive the relevant waveforms, the complex rectifier was significantly simplified to a one-stage voltage doubler rectifier. By applying a suitable generalized averaging method in combination with an extended describing function, a steady-state solution along with the corresponding small signal model can be established, which is utilized for the current control design. The cascaded control strategy using an observer enables substitution of voluminous and costly high-voltage current sensors. The total high-voltage test system was implemented and validated by experimental tests.
BibTeX:
@article{CaoHu2010,
  author = {Zhiyu Cao and Manli Hu and Frohleke, N. and Bocker, J.},
  title = {Modeling and Control Design for a Very Low-Frequency High-Voltage Test System},
  journal = {Power Electronics, IEEE Transactions on},
  year = {2010},
  volume = {25},
  number = {4},
  pages = {1068-1077},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/TPEL.2009.2033600}
}
Cao, Z., Nzeugang, F., Fröhleke, N. and J. Böcker, J. A comparative study of series-parallel resonant converter by using different modulation strategies 2011 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2011)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Cao2011,
  author = {Cao, Z. and Nzeugang, F.H. and Fröhleke, N. and J. Böcker, J.},
  title = {A comparative study of series-parallel resonant converter by using different modulation strategies},
  booktitle = {37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2011)},
  year = {2011}
}
Cao, Z., Nzeugang, F., Tao, J., Fröhleke, N. and Böcker, J. Novel dynamical modeling for series-parallel resonant converter 2012 Industrial Electronics (ISIE), 2012 IEEE International Symposium on, pp. 414-419  inproceedings DOI  
Abstract: Extended describing function method is one of the commonly applied state-of-the-art methods for dynamical modeling of series-parallel resonant power converters. Thanks to the relative good sinusoidal voltage waveform across the parallel capacitor Cp it has a good modeling accuracy under light and medium load conditions. However, under heavy load condition this method becomes inaccurate due to the distortion of the voltage across Cp. Sampled-data method provides a much higher modeling accuracy, but its modeling complexity and computational effort are too high. In this contribution a novel dynamical model for series-parallel resonant converter is proposed, which is simpler than sampled-data method, but provides a considerable enhancement on modeling accuracy. Large- and small-signal behaviors predicted by the novel dynamical model are verified by circuit simulation.
BibTeX:
@inproceedings{Cao2012a,
  author = {Zhiyu Cao and Nzeugang, F.H. and Junbing Tao and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Novel dynamical modeling for series-parallel resonant converter},
  booktitle = {Industrial Electronics (ISIE), 2012 IEEE International Symposium on},
  year = {2012},
  pages = {414-419},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ISIE.2012.6237122}
}
Cao, Z., Tao, J., Fröhleke, N. and Böcker, J. Dynamical modeling for series-parallel resonant converter under optimized modulation 2013 Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE, pp. 1391-1398  inproceedings DOI  
BibTeX:
@inproceedings{Cao2013,
  author = {Zhiyu Cao and Junbing Tao and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Dynamical modeling for series-parallel resonant converter under optimized modulation},
  booktitle = {Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE},
  year = {2013},
  pages = {1391-1398},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/APEC.2013.6520481}
}
Cao, Z., Tao, J., Fröhleke, N. and Böcker, J. Time-domain steady-state modeling of series-parallel resonant converter under optimized modulation 2012 IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, pp. 814-820  inproceedings DOI  
Abstract: In this contribution the frequency-domain modeling techniques for resonant converters under optimized modulation are reviewed. As a general modeling technique, the standard AC fundamental harmonic approach is suitable for all resonant converter topologies. However, it becomes inaccurate if the current or voltage of the resonant tank is distorted from sinusoidal waveform. The extended AC fundamental harmonic approach provides a much higher modeling accuracy, but it lacks generality. In order to overcome these drawbacks a general, systematic time-domain modeling procedure with high modeling accuracy is introduced and demonstrated by a series-parallel resonant converter with LC output-filter under optimized modulation. Verification with experimental results is given.
BibTeX:
@inproceedings{Cao2012,
  author = {Zhiyu Cao and Junbing Tao and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Time-domain steady-state modeling of series-parallel resonant converter under optimized modulation},
  booktitle = {IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society},
  year = {2012},
  pages = {814-820},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2012.6388646}
}
DellAere, A., Hirsch, M., Klöpper, B., Koester, M., Krupp, A., Krüger, M., Müller, T., Oberthür, S., Pook, S., Priesterjahn, C., Romaus, C., Schmidt, A., Sondermann-Wölke, C., Tichy, M., Vöcking, H. and Zimmer, D. Verlässlichkeit selbstoptimierender Systeme - Potenziale nutzen und Risiken vermeiden 2008
Vol. Band 235 
book  
BibTeX:
@book{SFB_Verlaesslichkeit2008,
  author = {DellAere, Alessandro and Hirsch, Martin and Klöpper, Benjamin and Koester, Markus and Krupp, Alexander and Krüger, Martin and Müller, Thomas and Oberthür, Simon and Pook, Sebastian and Priesterjahn, Claudia and Romaus, Christoph and Schmidt, Alexander and Sondermann-Wölke, Christoph and Tichy, Matthias and Vöcking, Henner and Zimmer, Detmar},
  title = {Verlässlichkeit selbstoptimierender Systeme - Potenziale nutzen und Risiken vermeiden},
  publisher = {HNI-Verlagsschriftenreihe},
  year = {2008},
  volume = {Band 235},
  note = {ISBN 978-3-939350-72-9}
}
Dumitrescu, R., Gausemeier, Jü. and Romaus, C. Towards the Design of Cognitive Functions in Self-Optimizing Systems exemplified by a Hybrid Energy Storage System 2011 Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering
Vol. 225(5), pp. 563-575 
article DOI  
BibTeX:
@article{DumitrescuGausemeierRomaus2011,
  author = {Roman Dumitrescu and Jürgen Gausemeier and Christoph Romaus},
  title = {Towards the Design of Cognitive Functions in Self-Optimizing Systems exemplified by a Hybrid Energy Storage System},
  journal = {Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering},
  year = {2011},
  volume = {225},
  number = {5},
  pages = {563--575},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1177/0959651811398851}
}
Dumitrescu, R., Gausemeier, Jü. and Romaus, C. Towards the Design of Cognitive Functions in Self-Optimizing Systems exemplified by a Hybrid Energy Storage System 2009 10^th International Workshop on Research and Education in Mechatronics (REM)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{DumitrescuGausemeierRomaus2009,
  author = {Roman Dumitrescu and Jürgen Gausemeier and Christoph Romaus},
  title = {Towards the Design of Cognitive Functions in Self-Optimizing Systems exemplified by a Hybrid Energy Storage System},
  booktitle = {10^th International Workshop on Research and Education in Mechatronics (REM)},
  year = {2009}
}
Figge, H., Fröhleke, N., Böcker, J. and Schafmeister, F. Cost-Effective Implementation of a Digitally Controlled LLC Resonant Converter for Application in Server- and Telecom-PSUs 2012 PCIM 2012  inproceedings  
Abstract: The LLC resonant converter has become very popular for use in high efficient DC-DC converters in past years. Whereas the good efficiency of the LLC converter was demonstrated before, the design engineer is faced now with the problem of a cost-effective and reliable implementation of the LLC converter for the purpose of mass production and broad applicability. In this paper a cost-effective design variant is presented, which combines the digital control facilities of a low cost DSP and his peripheral PWM features with the critical control needs of the synchronous rectification (SR), thereby dealing with the parasitic effects that complicate turn-off instant sensing via RDSon voltage drop of the rectifier MOSFETs. Additionally an adaptive voltage controlling approach is presented.
BibTeX:
@inproceedings{Figge2012,
  author = {Heiko Figge and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker and Frank Schafmeister},
  title = {Cost-Effective Implementation of a Digitally Controlled LLC Resonant Converter for Application in Server- and Telecom-PSUs},
  booktitle = {PCIM 2012},
  year = {2012}
}
Figge, H., Fröhleke, N., Schafmeister, F. and Ide, P. Paralleling of LLC Resonant Converters using Frequency Controlled Current Balancing 2008 DPEC Seminar  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{FiggeFroehlekeEtAl2008,
  author = {Heiko Figge and Norbert Fröhleke and Frank Schafmeister and Peter Ide},
  title = {Paralleling of LLC Resonant Converters using Frequency Controlled Current Balancing},
  booktitle = {DPEC Seminar},
  year = {2008}
}
Figge, H., Grote, T., Fröhleke, N., Böcker, J. and Ide, P. Paralleling of LLC resonant converters using frequency controlled current balancing 2008 39th IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{FiggeGroteEtAl2008,
  author = {Heiko Figge and Tobias Grote and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker and Peter Ide},
  title = {Paralleling of LLC resonant converters using frequency controlled current balancing},
  booktitle = {39th IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC)},
  year = {2008}
}
Figge, H., Grote, T., Froehleke, N., Böcker, J. and Schafmeister, F. Overcurrent Protection for the LLC Resonant Converter with Improved Hold-Up Time 2011
Vol. Twenty-Sixth Annual IEEEApplied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), pp. 13-20 
inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Figge2011,
  author = {Figge, H. and Grote, T. and Froehleke, N. and Böcker, J. and Schafmeister, F.},
  title = {Overcurrent Protection for the LLC Resonant Converter with Improved Hold-Up Time},
  booktitle = {Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC)},
  year = {2011},
  volume = {Twenty-Sixth Annual IEEE},
  pages = {13-20}
}
Flakamp, K., Ringkamp, M., Schneider, T., Schulte, C., Ober-Bløbaum, S. and Böcker, J. Berechnung optimaler Stromprofile für einen 6-phasigen geschalteten Reluktanzantrieb 2011 Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Flasskamp2011,
  author = {Flakamp, K and Ringkamp, M and Schneider, T. and Schulte, C. and Ober-Bløbaum, S. and Böcker, J.},
  title = {Berechnung optimaler Stromprofile für einen 6-phasigen geschalteten Reluktanzantrieb},
  booktitle = {Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme},
  year = {2011}
}
Flaßkamp, K., Ober-Blöbaum, S., Schneider, T. and Böcker, J. Optimal Control of a Switched Reluctance Drive by a Direct Method Using a Discrete Variational Principle 2013 $52^nd$ IEEE Conference on Decision and Control  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{FlasskampOberBloebaumSchneiderEtAl2013,
  author = {Kathrin Flaßkamp and Sina Ober-Blöbaum and Tobias Schneider and Joachim Böcker},
  title = {Optimal Control of a Switched Reluctance Drive by a Direct Method Using a Discrete Variational Principle},
  booktitle = {$52^nd$ IEEE Conference on Decision and Control},
  year = {2013}
}
Frank, U., Giese, H., Klein, F., Oberschelp, O., Schmidt, A., Schulz, B., Vöcking, H. and Witting, K. Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus - Definitionen und Konzepte 2004
Vol. 155 
book  
BibTeX:
@book{Frank2004,
  author = {Frank, U. and Giese, H. and Klein, F. and Oberschelp, O. and Schmidt, A. and Schulz, B. and Vöcking, H. and Witting, K.},
  title = {Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus - Definitionen und Konzepte},
  year = {2004},
  volume = {155}
}
Frank, U., Giese, H., Müller, T., Oberthür, S., Romaus, C., Tichy, M. and Vöcking, H. Potenziale und Risiken der Selbstoptimierung für die Verlässlichkeit mechatronischer Systeme 2007 Workshop Entwurf mechatronischer Systeme 2007
Vol. 2105.~Paderborner Workshop Entwurf Mechatronischer Systeme 
inproceedings  
Abstract: Zusammenfassung Fortschrittliche mechatronische Systeme der nächsten Generation werden sich mit Hilfe komplexer Software intelligent verhalten und selbstständig ihr Verhalten durch Bildung von Gemeinschaften autonomer Agenten verbessern können. Der Sonderforschungsbereich 614 „Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus“ (SFB 614) untersucht solche mechatronischen Systeme. Mit Hilfe ihrer inhärenten Intelligenz bestimmen die Teilsysteme dabei autonom neue oder auch veränderte Ziele und führen nachfolgend entsprechende Verhaltensanpassungen durch. In diesem Beitrag werden die aus dem Paradigma der Selbstoptimierung resultierenden Potenziale zur Verbesserung der Verlässlichkeit des Systems sowie mögliche Gefahren diskutiert. Neben den identifizierten Potenzialen stellen wir in diesem Beitrag Konzepte und Methoden vor, die im SFB 614 entwickelt wurden, um Chancen zu nutzen und die Risiken zu reduzieren. Insbesondere erläutern wir neben der generellen Berücksichtigung der Verlässlichkeit im Zielsystem eines selbstoptimierenden Systems Korrektheitsbeweise für die selbstoptimierende Software, ein Monitoring-Konzept zur Einordnung des Systemzustands in vier Sicherheitsbereiche, ein flexibles Ressourcenmanagement für die Notfallbehandlung und verschiedene Ansätze für Potenziale im Bereich der selbstoptimierenden Wartung, der Verfügbarkeitssteigerung durch Verhaltensanpassungen und der Selbstheilung.
BibTeX:
@inproceedings{FrankGieseEtAl2007,
  author = {Frank, U. and Giese, H. and Müller, T. and Oberthür, S. and Romaus, C. and Tichy, M. and Vöcking, H.},
  title = {Potenziale und Risiken der Selbstoptimierung für die Verlässlichkeit mechatronischer Systeme},
  booktitle = {5.~Paderborner Workshop Entwurf Mechatronischer Systeme},
  journal = {Workshop Entwurf mechatronischer Systeme 2007},
  year = {2007},
  volume = {210}
}
Fröhleke, N. Pibrac -- Piezoelectric Brake Actuator 2008 4th Annual Congress Innovative Braking  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Froehleke2008,
  author = {Norbert Fröhleke},
  title = {Pibrac -- Piezoelectric Brake Actuator},
  booktitle = {4th Annual Congress Innovative Braking},
  year = {2008}
}
Gathmann, K. Entwurf einer Betriebsstrategie für ein Elektrostraßenfahrzeug mit hybridem Energiespeichersystem auf Basis der Dynamischen Programmierung 2009 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
BibTeX:
@mastersthesis{Gathmann2009,
  author = {Kai Gathmann},
  title = {Entwurf einer Betriebsstrategie für ein Elektrostraßenfahrzeug mit hybridem Energiespeichersystem auf Basis der Dynamischen Programmierung},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2009},
  note = {DA 30},
  url = {file://lea/literatur/VortraegeLEA_Seminar010009_EntwurfEinerBetriebsstrategieFuerEinHybridesEnergiespeichersystem.pptx}
}
Gausemeier, J., Frank, U., Low, C. and Henke, C. From Domain-Spanning Conceptual Design to Domain-Specific Controller 2007 Proceedings of the Systems Engineering for Future Capability, Loughborough, UKThe Systems Engineering for Future Capability  inproceedings  
Abstract: Summary: Self-optimizing systems are technical systems with the ability to learn, communicate with each other, and optimize their behaviour autonomously in response to environmental changes. The operation of such systems requires close interaction between mechanics, electronics, control engineering and software engineering. This paper addresses the conceptual design of controllers based on the principle solution of self-optimizing systems. Controllers required by self-optimizing systems consist of multiple control algorithms. The control algorithms are designed to implement the control functionalities formulated during the conceptual design phase. The development of controllers based on the principle solution requires engineering skills not covered by control theory. These skills are extracting the control functionalities from the principle solution, decomposing the overall control problem and organizing the individual solutions to constitute a complete solution. A procedural model that integrates these skills is thus presented to link the domain-spanning principle solution phase with the doman-specific controller design phase.
BibTeX:
@inproceedings{Gausemeier2007,
  author = {J. Gausemeier and U. Frank and C. Low and C. Henke},
  title = {From Domain-Spanning Conceptual Design to Domain-Specific Controller},
  booktitle = {The Systems Engineering for Future Capability},
  journal = {Proceedings of the Systems Engineering for Future Capability, Loughborough, UK},
  year = {2007}
}
Gausemeier, J., Frank, U., Low, C. and Henke, C. Synergistic Impact of Domain Spanning Conceptual Design on Control of Self-Optimizing Systems 2007 The 1st IEEE Systems Conference, Honolulu, USA1st IEEE Systems Conference  inproceedings  
Abstract: Abstract: Self-optimizing systems are technical systems with the ability to learn, communicate with each other, and optimize their behavior autonomously in response to environmental changes. The development of such systems demands new means of communication and cooperation between the specialists from diverse disciplines, especially during the conceptual design phase. The principle solution, as the result of conceptual design, should be formulated in a domainspanning way and yet supports domainspecific concretization. In this endeavor, this paper addresses the domain-spanning specification technique for describing the principle solution of self-optimizing systems and explains how the domain-specific controller design process can be started in an integrative way. The synergistic impacts enabled by the principle solution are described from the viewpoints of complexity management, performance enhancement, and potential cost reduction along the controller design process.
BibTeX:
@inproceedings{GausemeierFrankEtAl2007,
  author = {J. Gausemeier and U. Frank and C. Low and C. Henke},
  title = {Synergistic Impact of Domain Spanning Conceptual Design on Control of Self-Optimizing Systems},
  booktitle = {1st IEEE Systems Conference},
  journal = {The 1st IEEE Systems Conference, Honolulu, USA},
  year = {2007}
}
Gausemeier, J., Frank, U. and Schulz, B. Domänenübergreifende Spezifikation der Prinziplösung selbstoptimierender Systeme unter Berücksichtigung der auf das System einwirkenden Einflüsse 2005 Mechatronik 2005 -- Innovative Produktentwicklung,Mechatronik 2005 -- Innovative Produktentwicklung  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Gausemeier2005,
  author = {Gausemeier, J. and Frank, U. and Schulz, B.},
  title = {Domänenübergreifende Spezifikation der Prinziplösung selbstoptimierender Systeme unter Berücksichtigung der auf das System einwirkenden Einflüsse},
  booktitle = {Mechatronik 2005 -- Innovative Produktentwicklung},
  journal = {Mechatronik 2005 -- Innovative Produktentwicklung,},
  year = {2005}
}
Gausemeier, J., Iwanek, P., Dorociak, R., Stille, K.S. and Böcker, J. Konzipierung eines selbstoptimierenden hybriden Energiespeichersystems unter besonderer Berücksichtigung der Verlässlichkeit 2013 Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme, 9. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme  inproceedings  
Abstract: Die absehbare Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik wird mechatronische Systeme mit inhärenter Teilintelligenz ermöglichen. Hierfür verwenden wir den Begriff Selbstoptimierung (S.O.). Selbstoptimierende (s.o.) Systeme reagieren autonom und flexibel auf sich ändernde Umfeldbedingungen [ADG+09]. Die Entwicklung derartiger Systeme erfordert eine enge Zusammenarbeit der Entwickler der beteiligten Domänen Mechanik, Elektrik/Elektronik, Regelungstechnik und Softwaretechnik. In diesem Beitrag wird erklärt, wie die Steigerung der Verlässlichkeit durch S.O. bei der Konzipierung eines s.o. Systems adäquat berücksichtigt wird. Die Konzipierung des hybriden Energiespeichersystems des innovativen Schienenfahrzeugs RailCab wird retrospektive durchgeführt. Dies erfolgt von der ersten Funktionsdefinition über die Lösungsauswahl und die dazugehörige Nutzwertanalyse bis hin zur Produktkonzeption des Energiespeichersystems. Es wird gezeigt, wie die Schwachstellen und Widersprüche eines technischen Systems identifiziert sowie mit Hilfe geeigneter Gegenmaßnahmen behoben werden können. Hierbei soll insbesondere die Integration der S.O. als Möglichkeit zur Behebung der Schwachstellen betrachtet werden. Somit wird gezeigt wann und wie die Entscheidung über die s.o. Auslegung des Systems getroffen und die Steigerung der Verlässlichkeit dabei ins Kalkül gezogen wird.
BibTeX:
@inproceedings{GID+2013,
  author = {Jürgen Gausemeier and Peter Iwanek and Rafal Dorociak and Karl Stephan Stille and Joachim Böcker},
  title = {Konzipierung eines selbstoptimierenden hybriden Energiespeichersystems unter besonderer Berücksichtigung der Verlässlichkeit},
  booktitle = {Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme, 9. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme},
  year = {2013}
}
Gausemeier, J., Kahl, S., Low, C.Y. and Schulz, B. From the Principle Solution towards Controller Design of Self-Optimizing Systems 2008
Vol. 2237th International Heinz Nixdorf Symposium -- Self-optimizing Mechatronic Systems: Design the Future, pp. 65 - 84 
inproceedings URL 
BibTeX:
@inproceedings{GausemeierKahlEtAl2008,
  author = {J. Gausemeier and S. Kahl and C. Y. Low and B. Schulz},
  title = {From the Principle Solution towards Controller Design of Self-Optimizing Systems},
  booktitle = {7th International Heinz Nixdorf Symposium -- Self-optimizing Mechatronic Systems: Design the Future},
  publisher = {Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn},
  year = {2008},
  volume = {223},
  pages = {65 - 84},
  url = {https://www.hni.uni-paderborn.de/fileadmin/Externe_Seiten/7_Heinz_Nixdorf_Symposium/Contents_Conference_Transcript_7th_HNI_Symposium.pdf}
}
Gausemeier, J., Kahl, S., Low, C.Y. and Schulz, B. Systematic Development of Controllers based on Priciple Solution of Self-Optimizing Systems 2008 Proceedings of the International Design Conference - DESIGN 2008  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Gausemeier2008a,
  author = {Gausemeier, Jürgen and Kahl, Sascha and Low, Cheng Yee and Schulz, Bernd},
  title = {Systematic Development of Controllers based on Priciple Solution of Self-Optimizing Systems},
  booktitle = {Proceedings of the International Design Conference - DESIGN 2008},
  year = {2008}
}
Gausemeier, J., R., D., C., T. and S., S.K. Modellbasierte Konzipierung eines hybriden Energiespeichersystems für ein autonomes Schienenfahrzeug 2011 Tag des Systems Engineering  inproceedings  
Abstract: Die Kommunikations- und Informationstechnik eröffnet neue Möglichkeiten zur Erweiterung und Optimierung der Systemfunktionalität mechatronischer Systeme. Die erfolgreiche Entwicklung dieser fortgeschrittenen mechatronischen Systeme bedarf sowohl einer besonderen Strukturierung der Informationsverarbeitung als auch einer geeigneten modellbasierten Entwurfstechnik. SysML und CONSENS eignen sich für den Entwurf derartiger Systeme. Die Anwendung von CONSENS wird anhand eines Demonstrators vertieft.
BibTeX:
@inproceedings{GausemeierDumitrescuEtAl11,
  author = {Gausemeier, J. and Dumitrescu R. and Tschirner C. and Stille K. S.},
  title = {Modellbasierte Konzipierung eines hybriden Energiespeichersystems für ein autonomes Schienenfahrzeug},
  booktitle = {Tag des Systems Engineering},
  year = {2011}
}
Giese, H., Montealegre, N., Müller, T., Oberthür, S. and Schulz, B. Acute Stress Response for Self-Optimizing Mechatronic Systems 2006 IFIP Conference on Biologically Inspired Cooperative Computing, August 2006, Santiago de Chile, Chile.IFIP Conference on Biologically Inspired Cooperative Computing  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{GieseMontealegreEtAl2006,
  author = {Giese, H. and Montealegre, N. and Müller, T. and Oberthür, S. and Schulz, B.},
  title = {Acute Stress Response for Self-Optimizing Mechatronic Systems},
  booktitle = {IFIP Conference on Biologically Inspired Cooperative Computing},
  journal = {IFIP Conference on Biologically Inspired Cooperative Computing, August 2006, Santiago de Chile, Chile.},
  year = {2006}
}
Gorte, N. Fehlerüberwachungssystem für autonome Schienenfahrzeuge 2009 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
Abstract: An der Universität Paderborn werden in einem interdisziplinären Forschungsprojekt Linearmotor getriebene Schienenfahrzeuge entwickelt. Die kleinen Einzelfahrzeuge zeichnen sich durch ihren flexiblen und autonomen Betrieb aus und sind sowohl für den Personen- als auch für den Gütertransport konzipiert. Im Gegensatz zur herkömmlichen Bahntechnik findet die Steuerung und Koordination dezentral auf den Fahrzeugen statt. Dies hat zur Folge, dass viele Sicherheitsfunktionen auf die Fahrzeuge verlagert werden müssen. Streckenseitig findet lediglich eine Prüfung der Gleisbelegung statt. Damit die Fahrzeuge autonom agieren und sich selbst koordinieren können, sind umfangreiche Maßnahmen zur Gewährleistung der Systemsicherheit unabdingbar. Um die beiden existierenden Versuchsfahrzeuge nicht mehr wie bisher manuell überwachen zu müssen, soll ein Fehlererkennungs- und Überwachungssystem eingesetzt werden. Dieses System soll die für den sicheren Fahrbetrieb relevanten Funktionen und Teilsy­steme überwachen, erkannte Fehler protokollieren und nichtflüchtig abspeichern. Gegenstand dieser Arbeit sind Auslegung und Aufbau eines Fehlerüberwachungssy­stems, das mehrere Aufgaben umfassen soll. So soll einerseits eine Überwachung der sicherheitsrelevanten Fahrzeugsysteme ermöglicht werden, indem zunächst Fehlfunktio­nen und Fehlerverkettungen identifiziert werden können. Darauf aufbauend sind diese Daten so weiterzuverarbeiten, dass auch Informationen zur Entstehung der Fehler inte­griert werden können. Ziel ist es, das Fehlerüberwachungssystem auf einer externen Hardwareplattform einzurichten, um unabhängig von der zentralen Fahrzeugsteuerung zu sein. Zudem kann auf diese Weise auch die Fahrzeugsteuerung überwacht werden. Die resultierenden Datensätze sollen auf einem Wechseldatenträger gespeichert werden, um sie mit einem herkömmlichen Rechner auslesen und jederzeit auswerten zu können.
BibTeX:
@mastersthesis{Gorte2009,
  author = {Gorte, Nikolaj},
  title = {Fehlerüberwachungssystem für autonome Schienenfahrzeuge},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2009},
  url = {file://lea/literatur/Vortraege_LEA_Seminar/2009/Gorte2009_SA34_Vortrag_FehlererkennungFuerAutonomeSchienenfahrzeuge.pdf}
}
Grote, T. Digital Control for Interleaved Boost Power Factor Correction (PFC) Rectifiers 2014 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Grote2014,
  author = {Tobias Grote},
  title = {Digital Control for Interleaved Boost Power Factor Correction (PFC) Rectifiers},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2014}
}
Grote, T., Bolte, S., Fröhleke, N. and Böcker, J. Reduction of Total Harmonic Distortion (THD) for Interleaved Converters Operating in Discontinuous Conduction Mode (DCM) 2012 PCIM 2012  inproceedings  
Abstract: By means of interleaving the total harmonic distortions (THD) can be reduced significantly. At particular duty ratios the harmonics are even totally eliminated. Thus, with specific phase shedding depending on the duty ratio the THD can be further reduced. If converters are operated in discontinuous conduction mode (DCM) the DCM ratio can be used for a continuous phase shedding method where also fractional numbers of energized phases can be applied. This method is used to minimize the THD for the entire duty ratio range also for applications with unequal inductance values.
BibTeX:
@inproceedings{GroteBolte2012,
  author = {Grote, T. and Bolte, S. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Reduction of Total Harmonic Distortion (THD) for Interleaved Converters Operating in Discontinuous Conduction Mode (DCM)},
  booktitle = {PCIM 2012},
  year = {2012}
}
Grote, T., Figge, H., Fröhleke, N., Beulen, W., Schafmeister, F., Ide, P. and Böcker, J. Semi-Digital Interleaved PFC Control with Optimized Light Load Efficiency 2009 Twenty-Fourth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{GroteFiggeEtAl2009,
  author = {Tobias Grote and Heiko Figge and Norbert Fröhleke and W. Beulen and Frank Schafmeister and Peter Ide and Joachim Böcker},
  title = {Semi-Digital Interleaved PFC Control with Optimized Light Load Efficiency},
  booktitle = {Twenty-Fourth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC)},
  year = {2009}
}
Grote, T., Figge, H., Fröhleke, N., Böcker, J. and Schafmeister, F. Digital control strategy for multi-phase interleaved boundary mode and DCM boost PFC converters 2011 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2011 IEEE, pp. 3186-3192  inproceedings DOI  
Abstract: A digital control strategy which provides optimal interleaving of multi-phase boost power factor correction (PFC) rectifiers operating at DCM/CCM boundary (BCM) or in DCM is presented in this paper. In this method two feedforward algorithms are used. The first provides the turn-on time to attain the desired input current and the second computes the switching period time to achieve BCM operation. An extension to operate in DCM is proposed to avoid CCM under all conditions. Regulated DCM is used to realize a new continuous phase shedding method, which is used to limit the switching frequency. The proposed control structure was implemented on a microcontroller. Experimental results show the effectiveness of the control strategy on a boost PFC prototype with 3 parallel rails.
BibTeX:
@inproceedings{Grote2011,
  author = {Grote, T. and Figge, H. and Fröhleke, N. and Böcker, J. and Schafmeister, F.},
  title = {Digital control strategy for multi-phase interleaved boundary mode and DCM boost PFC converters},
  booktitle = {Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2011 IEEE},
  year = {2011},
  pages = {3186-3192},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ECCE.2011.6064198}
}
Grote, T., Fröhleke, N., Schafmeister, F. and Ide, P. Semi Digital Interleaved PFC Control 2008 DPEC Seminar  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{GroteFroehlekeEtAl2008,
  author = {Tobias Grote and Norbert Fröhleke and Frank Schafmeister and Peter Ide},
  title = {Semi Digital Interleaved PFC Control},
  booktitle = {DPEC Seminar},
  year = {2008}
}
Grote, T., Meyer, M. and Böcker, J. Direct Torque Control für den verlustoptimalen Betrieb eines Permanentmagnet-Synchronmotors mit eingebetteten Magneten 2007 Internationaler ETG-Kongress 2007 -- Hybridantriebstechnik -- Energieeffiziente elektrische AntriebeInternationaler ETG-Kongress -- Hybridantriebstechnik -- Energieeffiziente elektrische Antriebe  inproceedings  
Abstract: Wegen ihrer guten Eigenschaften in Bezug auf Leistungs- und Drehmomentdichte sowie ihres hohen Wirkungsgrads kommt Permanentmagnet-Synchronmotoren mit in den Rotor eingelassenen Magneten (interior permanent magnet synchronous motors, IPMSM) eine immer größere Bedeutung zu. Durch die Integration der Permanentmagnete in den Rotor ist der magnetisch wirksame Luftspalt entlang des Rotorumfangs nicht konstant, was zu einer stark asymmetrischen Induktivitätsverteilung führt. Dies hat zur Folge, dass zusätzlich zu dem bekannten Hauptdrehmoment ein Reluktanzdrehmoment auftritt, welches für den verlustoptimalen Betrieb berücksichtigt werden muss. In diesem Beitrag wird die dafür notwendige Erweiterung des bekannten Regelungskonzeptes „Direct Torque Control“ (DTC) vorgestellt, die den verlustoptimalen Betrieb von IPMSM sowohl im Ankerstellals auch im Flussschwächbereich, unter Berücksichtigung von Strom- und Spannungsgrenze, gewährleistet.
BibTeX:
@inproceedings{GroteMeyerEtAl2007,
  author = {Grote, T. and Meyer, M. and Böcker, J.},
  title = {Direct Torque Control für den verlustoptimalen Betrieb eines Permanentmagnet-Synchronmotors mit eingebetteten Magneten},
  booktitle = {Internationaler ETG-Kongress -- Hybridantriebstechnik -- Energieeffiziente elektrische Antriebe},
  journal = {Internationaler ETG-Kongress 2007 -- Hybridantriebstechnik -- Energieeffiziente elektrische Antriebe},
  year = {2007}
}
Grote, T., Schafmeister, F., Figge, H., Fröhleke, N., Ide, P. and Böcker, J. Adaptive Digital Slope Compensation for Peak Current Mode Control 2009 Energy Conversion Congress and Exposition  inproceedings  
Abstract: Peak current mode control as well as digital control offers a number of benefits. Therefore it is an interesting approach to combine these two techniques in one control structure. Based on microcontrollers with on-chip comparators, this combination is realizable with very low effort. In order to eliminate the drawbacks of peak current mode control, a slope compensation has to be added. This paper presents such a slope compensation implemented on a microcontroller not using an analog ramp signal but instead pre-calculating the desired comparator switch-off threshold. In contrast to conventional analog control, adaptive algorithms can be used to maintain optimal slope compensation over a wide operating range. Problems that occur in practice due to reverse recovery current spike and computing time can be handled with simple measures. The effectiveness of the proposed digital slope compensation is verified by experimental results.
BibTeX:
@inproceedings{GroteSchafmeisterEtAl2009,
  author = {Tobias Grote and Frank Schafmeister and Heiko Figge and Norbert Fröhleke and Peter Ide and Joachim Böcker},
  title = {Adaptive Digital Slope Compensation for Peak Current Mode Control},
  booktitle = {Energy Conversion Congress and Exposition},
  year = {2009}
}
Grotstollen, H. Optimal design of motor and gear for drives with high acceleration and load torque 2009 Electric Machines and Drives Conference, 2009. IEMDC '09. IEEE International, pp. 1173-1179  inproceedings DOI  
Abstract: Design of drives with high acceleration becomes very simple and clear when the fact is used that torque-speed product and torque-acceleration product are transmitted unchanged by an ideal gear. At a first step those motors can be selected which offer sufficient rated power and power rate. When designing gears for each of these motors two ranges of gear ratio result from requirements of constant-speed operation and accelerating processes. For suitable motors both ranges must have an overlap from which a value of gear ratio can be chosen fulfilling all demands. Finally criteria are presented how to vary a motor's data to improve its suitability for a given application and how to do the final choice of motor and gear. All results do not depend on type of motor and can be applied to applications with rotating or linear motors and/or loads.
BibTeX:
@inproceedings{Grotstollen2009,
  author = {Grotstollen, H.},
  title = {Optimal design of motor and gear for drives with high acceleration and load torque},
  booktitle = {Electric Machines and Drives Conference, 2009. IEMDC '09. IEEE International},
  year = {2009},
  pages = {1173-1179},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IEMDC.2009.5075352}
}
Grotstollen, H. Optimale Lastbeschleunigung ohne Probieren 2007 antriebstechnik
Vol. 10, pp. 30 - 35 
article  
Abstract: Die Regelungsqualität eines Servoreglers wird in Marketing und Vertrieb anhand charakteristischer Kennwerte beurteilt. Wettbewerber aus dem asiatischen Raum werben häufig mit hohen Bandbreiten des Drehzahlregelkreises. Europäische Hersteller führen kurze Abtastzeiten für die Regelkreise als Gütekriterium an und werben mit Abtastfrequenzen von 32 kHz im Stromregelkreis. Von Kundenseite werden diese Kennwerte als Gütekriterien aufgegriffen, obwohl sie für den Anwender aus dem Maschinenbau nur unter idealen Voraussetzungen Aussagekraft haben. Da die
realen Verhältnisse an einer Produktionsmaschine oder Anlage wesentlich ungünstiger sind, sollen in diesem Beitrag die Zusammenhänge zwischen den genannten Kennwerten und der tatsächlich erzielbaren Regelungsperformanz für den Anwender transparent gemacht werden.
BibTeX:
@article{Grotstollen2007,
  author = {Grotstollen, H.},
  title = {Optimale Lastbeschleunigung ohne Probieren},
  journal = {antriebstechnik},
  year = {2007},
  volume = {10},
  pages = {30 - 35}
}
Grotstollen, H. Design of Drives with Optimum Load Acceleration 2007 Proc. of Korea-Germany Joint Symmposium on Power Electronics, pp. 110 - 114  inproceedings  
Abstract: In this paper the product of torque and acceleration (M$-product) is used for design of drives at which load acceleration has to be optimized. At optimization of such drives this product plays the same role that mechanical power (product of torque and speed) plays at the design of constant-speed drives because both products are transmitted unchanged by an ideal gear. By use of M$-product design procedure becomes very clear and consideration of steady-state load torque is very simple. Last not least, power rate, a motor constant characterizing its capability to accelerate inertial loads, proves to be the value of M$-product which the motor generates during no-load acceleration.
BibTeX:
@inproceedings{Grotstollen2007a,
  author = {Grotstollen, H.},
  title = {Design of Drives with Optimum Load Acceleration},
  booktitle = {Proc. of Korea-Germany Joint Symmposium on Power Electronics},
  year = {2007},
  pages = {110 - 114}
}
Grotstollen, H. Design of Long-Stator Linear Motor Drives for RailCab Test Track 2005 Journal of Power Electronics (JPE), KIPE, Vol. 5, pp. 166-172  article  
BibTeX:
@article{Grotstollen2005,
  author = {Grotstollen, Horst},
  title = {Design of Long-Stator Linear Motor Drives for RailCab Test Track},
  journal = {Journal of Power Electronics (JPE), KIPE, Vol. 5},
  year = {2005},
  pages = {166-172}
}
Grotstollen, H. Design of Long-Stator Linear Motor Drive for RailCab Test Track 2004 ICPE'04, Intern. Conference on Power Electronics, Busan, South KoreaIntern. Conference on Power Electronics (ICPE)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Grotstollen2004,
  author = {Horst Grotstollen},
  title = {Design of Long-Stator Linear Motor Drive for RailCab Test Track},
  booktitle = {Intern. Conference on Power Electronics (ICPE)},
  journal = {ICPE'04, Intern. Conference on Power Electronics, Busan, South Korea},
  year = {2004}
}
Grotstollen, H. Supply and Control of Piezoelectric Systems 2004 Deutsch-Koreanisches Symposium  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Grotstollen2004a,
  author = {Horst Grotstollen},
  title = {Supply and Control of Piezoelectric Systems},
  booktitle = {Deutsch-Koreanisches Symposium},
  year = {2004}
}
Grotstollen, H., Böcker, J. and Fröhleke, N. Simulation of Power Electronic Circuits 2005 ICSC 2005 Peking, China.ICSC  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Grotstollen2005a,
  author = {Grotstollen, H. and Böcker, J. and Fröhleke, N.},
  title = {Simulation of Power Electronic Circuits},
  booktitle = {ICSC},
  journal = {ICSC 2005 Peking, China.},
  year = {2005}
}
Grotstollen, H., Pottharst, A., Sander, M. and Richard, H. Versuchstrecke und Antriebskonzept für die Neue Bahntechnik Paderborn. 2004 Elektrische Bahnen 7/2004, Germany  article  
BibTeX:
@article{Grotstollen2004b,
  author = {Grotstollen, H. and Pottharst, A. and Sander, M. and Richard, H.},
  title = {Versuchstrecke und Antriebskonzept für die Neue Bahntechnik Paderborn.},
  journal = {Elektrische Bahnen 7/2004, Germany},
  year = {2004}
}
Henke, C. Betriebs- und Regelstrategien für den autonomen Fahrbetrieb von Schienenfahrzeugen mit Linearmotor 2013 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Henke2013,
  author = {Christian Henke},
  title = {Betriebs- und Regelstrategien für den autonomen Fahrbetrieb von Schienenfahrzeugen mit Linearmotor},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2013}
}
Henke, C., Fröhleke, N. and Böcker, J. Advanced Convoy Control Strategy for Autonomously Driven Railway Vehicles 2006 IEEE Conf. on Intelligent Transportation SystemsIEEE Conf. on Intelligent Transportation Systems (ITSC)  inproceedings  
Abstract: Abstract: For investigation on a new railway technology a test track in a scale of 1:2.5 was built at the University of Paderborn in 2002. The vehicles are equipped with a doubly-fed linear motor, enabling dynamic convoy formation on the track during driving, traction independent of external influences and transferring power to the vehicle. Thus, the need for pantographs or a third rail for supplying electrical power does not arise, whereby the motor concept largely qualifies for autonomously driven convoys. In this contribution the principle of driving several vehicles in a convoy is explained. Furthermore an intelligent strategy for convoy control, which is demanded by the autonomous operation, is illustrated as well as safety concepts providing reliability.
BibTeX:
@inproceedings{Henke2006,
  author = {Henke, C. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Advanced Convoy Control Strategy for Autonomously Driven Railway Vehicles},
  booktitle = {IEEE Conf. on Intelligent Transportation Systems (ITSC)},
  journal = {IEEE Conf. on Intelligent Transportation Systems},
  year = {2006}
}
Henke, C., Rustemeier, C., Schneider, T., Böcker, J. and Trächtler, A. RailCab -- Ein Schienenverkehrssystem mit autonomen, Linearmotor getriebenen Einzelfahrzeugen 2007 Internationaler ETG-Kongress 2007 -- Kundennutzen durch neue Technologien in der Bahntechnik, Karlsruhehe, DeutschlandInt. ETG-Kongress-- Kundennutzen durch neue Technologien in der Bahntechnik  inproceedings  
Abstract: Innerhalb des Forschungsprojektes NBP (Neue Bahntechnik Paderborn) wird ein völlig neuartiges Schienenverkehrssystem entwickelt, das auf kleinen, autonom verkehrenden Fahrzeugen, den so genannten RailCabs basiert. Als Antrieb dient ein doppelt gespeister Linearmotor, der zudem zur berührungslosen Energieübertragung genutzt wird. Da die Fahrzeuge sich während der Fahrt zu Konvois zusammenschließen können, sind völlig neue Funktionen der Leittechnik des Systems zu erfüllen. Abstract Within the research project NBP (Neue Bahntechnik Paderborn) a new railway technology is developed, based on small, autonomously driven vehicles, so-called RailCabs. The vehicles are equipped with a doubly-fed linear motor, enabling transfer of power to the vehicle and dynamic convoy formation on the track during driving. Therefore a complex control system was designed.
BibTeX:
@inproceedings{HenkeRustemeierEtAl2007,
  author = {Henke, C. and Rustemeier, C. and Schneider, T. and Böcker, J. and Trächtler, A.},
  title = {RailCab -- Ein Schienenverkehrssystem mit autonomen, Linearmotor getriebenen Einzelfahrzeugen},
  booktitle = {Int. ETG-Kongress-- Kundennutzen durch neue Technologien in der Bahntechnik},
  journal = {Internationaler ETG-Kongress 2007 -- Kundennutzen durch neue Technologien in der Bahntechnik, Karlsruhehe, Deutschland},
  year = {2007}
}
Henke, C., Tichy, M., Schneider, T., Böcker, J. and Schäfer, W. System Architecture and Risk Management for Autonomous Railway Convoys 2008 2th Annual IEEE International Systems Conference  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{HenkeTichyEtAl2008,
  author = {Christian Henke and Mathias Tichy and Tobias Schneider and Joachim Böcker and Wilhelm Schäfer},
  title = {System Architecture and Risk Management for Autonomous Railway Convoys},
  booktitle = {2th Annual IEEE International Systems Conference},
  year = {2008}
}
Henke, C., Tichy, M., Schneider, T., Böcker, J. and Schäfer, W. Organization and Control of Autonomous Railway Convoys 2008 9th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC08), pp. 318-323  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{HenkeTichySchneiderEtAl2008a,
  author = {C. Henke and M. Tichy and T. Schneider and J. Böcker and W. Schäfer},
  title = {Organization and Control of Autonomous Railway Convoys},
  booktitle = {9th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC08)},
  year = {2008},
  pages = {318-323}
}
Henke, C., Vöcking, H., Böcker, J., Fröhleke, N. and Trächtler, A. Convoy Operation of Linear Motor Driven Railway Vehicles 2005 The Fifth International Symposium on Linear Drives for Industry ApplicationsSeptember 2005 Kobe - Awaji, Japan.The 5th Int. Symposium on Linear Drives for Industry Applications (LDIA)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Henke2005,
  author = {Henke, C. and Vöcking, H. and Böcker, J. and Fröhleke, N. and Trächtler, A.},
  title = {Convoy Operation of Linear Motor Driven Railway Vehicles},
  booktitle = {The 5th Int. Symposium on Linear Drives for Industry Applications (LDIA)},
  journal = {The Fifth International Symposium on Linear Drives for Industry ApplicationsSeptember 2005 Kobe - Awaji, Japan.},
  year = {2005}
}
Henke, M. Antrieb mit doppeltgespeistem Linearmotor für ein spurgeführtes Bahnfahrzeug 2002 School: Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik, Universität Paderborn  phdthesis  
Abstract: An der Universität Paderborn arbeiten sechs Fachgebiete aus den Bereichen Maschinentechnik, Elektrotechnik und Wirtschaftsinformatik an der Entwicklung eines neuartigen Verkehrssystems (Neue Bahntechnik Paderborn, NBP), das sowohl im Nahverkehr als auch im Regionalverkehr bei Maximalgeschwindigkeiten von ca. 160 km/h einsetzbar ist [53]. Das Grundkonzept des NBP-Systems sieht den Betrieb einer Vielzahl kleiner, autonomer Shuttle-Einheiten vor, die zielrein und auf Abruf geordert werden können [13]. Der zielreine Betrieb ermöglicht eine direkte Verbindung ohne Umsteigezeiten und führt zu einer starken Erhöhung der durchschnittlichen Reisegeschwindigkeit. Bestehende Bahntrassen sollen für gemischten Fracht- und Personenverkehr genutzt werden, um hohe Auslastung zu erzielen und ein möglichst gleitendes Hineinwachsen des Systems in bestehende Strukturen zu ermöglichen. Als Fahrzeugantrieb bietet der Linearmotor die geeigneten Eigenschaften, um dieses System sinnvoll zu ergänzen. Die Schubkraftbildung erfolgt über den Direktantrieb und macht mechanisch aufwendige Getriebe überflüssig. Der Wegfall von Getrieben und rotierenden Maschinen im Fahrwerk führt zu einer Reduzierung der ungefederten Massen und damit zu einer Senkung der Beanspruchung des Gleisbettes. Die Kraft- übertragung erfolgt direkt über das magnetische Luftspaltfeld ohne den reibungsbehafteten Rad-/ Schienekontakt. Um den Shuttlebetrieb einfach und robust zu halten, soll die Bordenergie ohne Schleifkontakte und Oberleitungen auf das Fahrzeug übertragen werden. Hier bildet der Langstator-Linearmotor eine geeignete Lösung, da ein Großteil der Antriebsenergie im zwischen den Schienen installierten Primärteil (Stator) bereitgestellt wird. Der Wegfall von Oberleitungen und die möglich werdende niedrige Bauweise der Fahrzeuge führt zu einer deutlichen Reduzierung von Tunnelquerschnitten und den damit verbundenen Baukosten. Weiterhin stellt der Linearmotor bei Produktion großer Stückzahlen ein geeignet skalierbares Element hinsichtlich geometrischer und elektrischer Parameter dar. Werden große Fahrzeugmengen mit dem Sekundärteil des Linearmotors ausgerü- stet, sind erhebliche Kosteneinsparungen im Verhältnis zum Einsatz rotierender Motoren zu erwarten. Resultierend aus immensen Entwicklungen der Informationstechnologie ist es möglich, ein Hochmaß an Komfort und Sicherheit mittels digital geregelter, vollaktiver Elemente im Bahnfahrzeug zu erreichen. Beispielsweise stieg in den letzten 16 Jahren die Leistung digitaler Signalprozessoren von 6 Millionen auf 8,8 Milliarden Befehlsverarbeitungen je Sekunde [3]. Für das NBP-System wurde in [54] ein vollaktives 2 1 Einleitung Fahrwerk mit Linearantrieb vorgeschlagen, das zu Verschleißreduzierung und zur Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahrkomfort beiträgt. Das Fahrwerk wird durch aktive Feder-/ Neigetechnik ergänzt, die das schnelle und sichere Befahren von engen Kurvenradien ermöglicht. Eine aktive Achslenkung unterstützt die Radlaufeigenschaften. Alle Fahrwerkskomponenten sind in ein gemeinsames Informationsverarbeitungssystem eingebunden. Diese starke Vernetzung ermöglicht den Aufbau von Regelstrukturen mit sehr guten regelungstechnischen Eigenschaften. Ein solches hochkomplexes technisches System muss strukturiert entwickelt werden, um die sich durch die ganzheitliche Betrachtung mechanischer und elektrischer Systemkomponenten sowie der verwendeten Aktorik und Sensorik bietenden Möglichkeiten voll ausschöpfen zu können. Hier eignen sich die in [52] und [55] dargestellten mechatronischen Entwicklungsmethoden in besonderem Maße. Ziel dieser Arbeit ist zunächst die Definition der für die Konzeption des Antriebs relevanten Systemanforderungen. Diese ergeben sich sowohl aus logistischen als auch aus technischen Randbedingungen. Es folgt dann die Konzeption des Linearantriebes, der in das vollaktive Fahrwerk integriert wird und als Aktor zur Realisierung von Schubund Bremsfunktionen dient. Hierzu soll eine detaillierte Betrachtung der Energie- und Informationskopplungen in einem Fahrmodul vorgenommen werden, die dann eine sinnvolle Strukturierung der technischen Subsysteme zulässt. Darauf aufbauend kann dann die Modellierung des Antriebssystems geschehen. Das Gesamtmodell des Antriebs dient als Basis für den Entwurf einer Antriebsregelung. Diese soll anschließend auf den Betrieb ohne mechanischen Lagesensor erweitert werden. Hier werden verschiedene Konzepte hinsichtlich ihrer Eignung zur robusten und stabilen Lage- und Geschwindigkeitsschätzung gegenübergestellt. Das geregelte System lässt dann die Steuerung der Energieumsetzung in den elektrischen Aggregaten zu. Zunächst erfolgt eine Analyse der Energieflüsse, und darauf aufbauend werden im Rahmen eines Energiemanagements optimale Arbeitspunkte für den wirkungsgradoptimalen Betrieb des Antriebs bestimmt. Aufbau der Arbeit In Kap. 2 wird das Bahnsystem dargestellt, in das der hier beschriebene Linearantrieb integriert wird, da die durch das Gesamtsystem vorgegebenen Randbedingungen für Auswahl und Betriebsweise des Motors eine wesentliche Rolle spielen. Aus dem NBP-Gesamtsystem wird in Kap. 3 das Fahrmodul mit Linearmotor herausgegriffen und als mechatronisches System hierarchisch strukturiert. Die Hierarchisierung wird hierbei bis auf die untersten Ebenen fortgesetzt, und die vitalen technischen Komponenten im Antriebssystem werden in mechatronische Module gegliedert. 3 Ein Versuchsstand im Maßstab 1:2,5 wurde im Rahmen dieser Arbeit aufgebaut und wird in Kap. 4 dargestellt. Die experimentelle Erprobung dient zum einen der Verifikation theoretischer Erkenntnisse und zum anderen der genauen Identifikation technischer Komponenten und Subsysteme. Aufbauend auf Untersuchungen zu rotierenden doppeltgespeisten Asynchronmaschinen wird in Kap. 5 das gesamte physikalische und mathematische Modell des in seiner Struktur neuartigen doppeltgespeisten Linearmotors vorgestellt. Hier stellt die Orientierung aller Sekundärteile an einem einheitlichen Bezugssystem und die daraus resultierenden Kopplungen einen Schwerpunkt der Untersuchungen dar. Die Regelung des Linearantriebs eines Fahrzeugs und die im Hinblick auf den Zusammenschluss zu Konvois wichtigen übergeordneten Regelkreise werden in Kap. 6 diskutiert. Eine Analyse und Synthese des Modells mit Hilfe von Simulationswerkzeugen schließt sich an. Hieran angekoppelt sind Verfahren zur Auswertung von Energieflüssen simulativ untersucht worden. Insbesondere die Schnittstellen zwischen Statorregelung und Fahrzeugregelkreisen werden betrachtet. In Kap. 7 werden neuartige Verfahren vorgestellt, um die für die feldorientierte Regelung des Antriebs notwendige Ermittlung der Läuferposition rechentechnisch zu realisieren. Dieses soll mit dem Ziel geschehen, ausschließlich mathematische Verfahren einzusetzen, um eine hardware-unabhängige, d. h. sensorlose Positionsbestimmung zu bewirken. Es werden Schätzverfahren mit Testsignalaufschaltung und erweiterte Kalmanfilterstrukturen gegenübergestellt und bezüglich ihrer Einsetzbarkeit im störungsreichen Umfeld Bahn verglichen. Die Untersuchung der Energieflüsse zwischen Stator und Läufer wurde abschlie- ßend mit dem Ziel vorgenommen, die Bordstromversorgung über den Langstator zu realisieren. In Kap. 8 wird hierzu ein Konzept zur Optimierung von Motorverlusten und Rückspeiseleistung erarbeitet. Die Wahl optimaler Arbeitspunkte für die Statorstromregelung und die Vorgabe optimaler Sollwerte werden eingehend diskutiert.
BibTeX:
@phdthesis{Henke2002,
  author = {Markus Henke},
  title = {Antrieb mit doppeltgespeistem Linearmotor für ein spurgeführtes Bahnfahrzeug},
  school = {Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2002}
}
Hennig, K. Entwurf einer Betriebsstrategie für ein hybrides Abfallsammelfahrzeug auf Basis der stochastischen dynamischen Programmierung 2008 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
BibTeX:
@mastersthesis{Hennig2008,
  author = {Klaus Hennig},
  title = {Entwurf einer Betriebsstrategie für ein hybrides Abfallsammelfahrzeug auf Basis der stochastischen dynamischen Programmierung},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2008},
  url = {file://lealiteratur\VortraegeLEA_Seminar008008_EntwurfEinerBetriebsstrategieFuerEinHybridesAbfallsammelfahrzeugAufBasisDerStochastischenDynamischenProgrammierung.pptx}
}
Hu, M. Modeling Optimization and Control Design for LCC Resonant Converter Applied in Very Low Frequency High Voltage Generator 2014 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Hu2014,
  author = {Manli Hu},
  title = {Modeling Optimization and Control Design for LCC Resonant Converter Applied in Very Low Frequency High Voltage Generator},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2014}
}
Hu, M., Böcker, J. and Fröhleke, N. Frequency / duty cycle current-mode fuzzy control for LCC resonant converter 2011 Power Electronics and Applications (EPE 2011), Proceedings of the 2011-14th European Conference on, pp. 1-8  inproceedings  
Abstract: A novel current-mode nonlinear fuzzy controller with adaptive gain is developed for the LCC resonant converter applied in very low frequency high voltage generators using switching frequency and duty cycle as control variables. The designed fuzzy controller is verified through simulations. Comparison between the fuzzy controller and a standard linear controller indicates the correctness and effectiveness of the novel approach.
BibTeX:
@inproceedings{Hu2011,
  author = {Manli Hu and Böcker, J. and Fröhleke, N.},
  title = {Frequency / duty cycle current-mode fuzzy control for LCC resonant converter},
  booktitle = {Power Electronics and Applications (EPE 2011), Proceedings of the 2011-14th European Conference on},
  year = {2011},
  pages = {1-8}
}
Hu, M. and Figge, H. Modeling in Power Electronics 2011 LEA-Doktorandenseminar, Universität Paderborn  misc  
BibTeX:
@misc{HuFigge2011,
  author = {Manli Hu and Heiko Figge},
  title = {Modeling in Power Electronics},
  year = {2011}
}
Hu, M., Fröhleke, N. and Böcker, J. Small-signal model and control design of LCC resonant converter with a capacitive load applied in very low frequency high voltage test system 2009 Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE 2009. IEEE, pp. 2972-2979  inproceedings DOI  
Abstract: Very low frequency (VLF) high voltage (HV) sinusoidal waveforms are suitable for testing characteristics and insulation qualities of long buried cables. Such a test generator should provide a sinusoidal voltage from some tens to hundreds of kV. A LCC resonant inverter with a three-stage symmetrical voltage multiplier rectifier is developed for this application. In this context, the contribution deals with the derivation of a smallsignal model of the LCC resonant converter with a capacitive load as a basis for the subsequent controller design. For that purpose, the concepts of generalized averaging, extended describing functions and order reduction are adopted in this paper. As a particular feature of the designed current controller, both the converter switching frequency and the duty cycle are utilized as actuating variables in order to cope with large ranges of output voltage and load. The small-signal model and the controller design are verified by measurements on prototypes.
BibTeX:
@inproceedings{Hu2009a,
  author = {Manli Hu and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Small-signal model and control design of LCC resonant converter with a capacitive load applied in very low frequency high voltage test system},
  booktitle = {Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE 2009. IEEE},
  year = {2009},
  pages = {2972-2979},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316299}
}
Hu, M., Froehleke, N., Peters, W. and Boecker, J. Multi-objective optimization of LCC resonant converter applied in VLF HV generator 2011 IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, pp. 1456-1461  inproceedings DOI  
Abstract: The demands for decreasing cost and increasing efficiency are popular for converter systems. In high voltage converter systems, such demands become more important and emergent since it is well-known that high voltage converter systems often consume greater cost and has lower efficiency compared with usual one. In this paper, a LCC resonant converter, which is comprised of full-bridge inverter, LCC tank, HV transformer and Cockcroft-Walton (CW) multiplier, is adopted in very low frequency (VLF) high voltage (HV) generator. The resonant current amplitude and voltage drop in CW multiplier are selected as the objectives for multi-objective optimization. The research for an optimal design and multi-objective optimization are introduced, the results of the objectives' trend lines regarding the decision variables and the Pareto front in given constraint are represented. Such research and optimization results can be utilized as a guideline for an optimal design and practical implementation of VLF HV generator.
BibTeX:
@inproceedings{Hu2011a,
  author = {Manli Hu and Froehleke, N. and Peters, W. and Boecker, J.},
  title = {Multi-objective optimization of LCC resonant converter applied in VLF HV generator},
  booktitle = {IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society},
  year = {2011},
  pages = {1456-1461},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2011.6119522}
}
Hu, M., Frohleke, N. and Bocker, J. Frequency / duty cycle control of LCC resonant converter supplying high voltage very low frequency test systems 2009 Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on, pp. 1-10  inproceedings  
Abstract: Very low frequency (VLF) high-voltage (HV) sinusoidal test waveforms are suitable for testing characteristics and insulation qualities of long buried power cables. Unlike as with conventional PWM converters, a newly developed LCC resonant inverter combined with a symmetrical three-stage voltage multiplier rectifier is introduced in this paper to generate VLF HV sinusoidal waves. Due to the wide ranges of output voltage and output load, both the switching frequency and the duty cycle are adopted as control variables. Based on a small-signal equivalent circuit model and a reduced-order transfer function, an average mode current controller is developed for the zero voltage switched LCC resonant converter generating up to 85 kV (RMS) at 0.1 Hz as test voltage. The theoretical analysis and design are verified by simulations and experimental measurements with a prototype setup.
BibTeX:
@inproceedings{Hu2009,
  author = {Manli Hu and Frohleke, N. and Bocker, J.},
  title = {Frequency / duty cycle control of LCC resonant converter supplying high voltage very low frequency test systems},
  booktitle = {Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on},
  year = {2009},
  pages = {1-10}
}
Huber, T., Peters, A., Fröhleke, N. and Böcker, J. Monitoring Critical Temperatures in Permanent Magnet Synchronous Motors Using Low-Order Thermal Models 2014 IPEC  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Huber2014,
  author = {Tobias Huber and Alexander Peters and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker},
  title = {Monitoring Critical Temperatures in Permanent Magnet Synchronous Motors Using Low-Order Thermal Models},
  booktitle = {IPEC},
  year = {2014}
}
Ide, P., Schafmeister, F., Fröhleke, N. and Grotstollen, H. Enhanced Control Scheme for Three-Phase/Three-Level Rectifiers at Partial Load 2004 PESC 2004, Aachen, Germany.35th Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Ide2004,
  author = {Ide, P. and Schafmeister, F. and Fröhleke, N. and Grotstollen, H.},
  title = {Enhanced Control Scheme for Three-Phase/Three-Level Rectifiers at Partial Load},
  booktitle = {35th Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)},
  journal = {PESC 2004, Aachen, Germany.},
  year = {2004}
}
Ide, P., Wetzel, H. and Kunze, J. Modular Fuel Cell Inverter System with Integrated High Efficient Auxiliary Supply 2005 PCIM 2005  inproceedings  
Abstract: This paper describes an investigation in order to find optimal structures for power systems in domestic applications of fuel-cells. Power Systems of future fuel-cells applications should integrate isolated transmission of fuel-cell generated energy to the grid at highest efficiency as well as generation of auxiliary power for operation of the overall fuel-cell system. Three different approaches, a bi-directional topology, a complete separation and a double-fed solution are compared, where the double fed solution tends to be optimal choice in terms of efficiency, simplicity and reliability.
BibTeX:
@inproceedings{Ide2005,
  author = {Peter Ide and Hermann Wetzel and Jürgen Kunze},
  title = {Modular Fuel Cell Inverter System with Integrated High Efficient Auxiliary Supply},
  booktitle = {PCIM 2005},
  year = {2005}
}
Inderka, R.B. Direkte Drehmomentregelung Geschalteter Reluktanzantriebe 2002 School: RWTH-Aachen  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Inderka2002,
  author = {Inderka, Robert B.},
  title = {Direkte Drehmomentregelung Geschalteter Reluktanzantriebe},
  school = {RWTH-Aachen},
  year = {2002},
  note = {ISBN 3-8322-1175-6,
ISSN 1437-675X,
Shaker Verlag GmbH, Aachen} }
Kauczor, C. Entwurf schwach gedämpfter piezoelektrischer Ultraschallsysteme 2008 School: Universtität Paderborn  phdthesis URL 
Abstract: Paderborn, Univ., Diss., 2008
BibTeX:
@phdthesis{Kauczor2008,
  author = {Kauczor, Christopher},
  title = {Entwurf schwach gedämpfter piezoelektrischer Ultraschallsysteme},
  school = {Universtität Paderborn},
  year = {2008},
  url = {http://d-nb.info/993770460/34}
}
Kauczor, C. and Fröhleke, N. Inverter Topologies for Ultrasonic Piezoelectric Transducers with High Mechanical Q-Factor 2004 PESC 2004, Aachen, Germany.35th Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Kauczor2004,
  author = {Kauczor, C. and Fröhleke, N.},
  title = {Inverter Topologies for Ultrasonic Piezoelectric Transducers with High Mechanical Q-Factor},
  booktitle = {35th Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)},
  journal = {PESC 2004, Aachen, Germany.},
  year = {2004}
}
Kauczor, C., Schulte, T. and Grotstollen, H. Piezoelectric Transformer of Travelling Wave Type 2004 ACTUATOR 2004, Bremen, Germany9th International Conference on New Actuators (ACTUATOR)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Kauczor2004a,
  author = {Kauczor, C. and Schulte, T. and Grotstollen, H.},
  title = {Piezoelectric Transformer of Travelling Wave Type},
  booktitle = {9th International Conference on New Actuators (ACTUATOR)},
  journal = {ACTUATOR 2004, Bremen, Germany},
  year = {2004}
}
Kesting, E. Untersuchungen zur Modellbildung von Fahrzeugbatterien 2010 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis  
Abstract: Ein Fahrzeug mit Hybridantrieb ist ein Kraftfahrzeug, bei dem die Antriebsenergie von mindestens einem Elektromotor und einem weiteren Antriebsaggregat, zum Beispiel einem Verbrennungsmotor, bereitgestellt wird. Des Weiteren enthält das System eine Einrichtung, um die elektrische Energie zu speichern. Hybridantriebssysteme werden in die drei Hybridisierungsstufen Mikro-, Mild- und Vollhybrid eingeteilt und liegen in paralleler oder serieller Form vor. Auch Mischformen sind möglich. Um elektronische Steuergeräte von Hybridfahrzeugen mittels Hardware-in-the-Loop-Simulation (HIL) testen zu können, ist ein echtzeitfähiges Streckenmodell des Fahrzeugs inklusive des Energiespeichers Batterie nötig. Ziel der Arbeit ist eine systematische Untersuchung eines echtzeitfähigen Batteriemodells für Li-Ion-Batterien insbesondere im Hinblick auf seine dynamische und statische Genauigkeit. Die Untersuchungen sollen durch vergleichende Messungen an realen Zellen und parallele Simulationen erfolgen. Bei entscheidenden Abweichungen ist das Batteriemodell entsprechend weiterzuentwickeln. Mit Hilfe der Impedanzspektroskopie sollen einzelne elektrochemische Prozesse in der Zelle identifiziert werden. Dabei sind besonders die Auswirkungen von Ladezustand (SOC), Belastung (Ladung/Entladung) und das Temperaturverhalten zu untersuchen. Aus diesen Ergebnissen sind anschließend Parametriervorschriften für das Modell abzuleiten. Die Ergebnisse sind in einem ausführlichen Bericht zu dokumentieren.
BibTeX:
@mastersthesis{Kesting2010,
  author = {Elena Kesting},
  title = {Untersuchungen zur Modellbildung von Fahrzeugbatterien},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2010},
  note = {MA06}
}
Keuck, L., Fröhleke, N. and Böcker, J. Formaler Regelungsentwurf für netzfreundliche PFC-Ladegleichrichter unter Anwendung eines Netzbeobachters 2013 Internationaler ETG-Kongress  inproceedings  
Abstract: Nichtlineare Lasten wie z.B. Lichtbogenöfen oder klassische Diodengleichrichter verzerren den Netzstrom erheblich.
Abhilfe schaffen PFC-Gleichrichter, die mit Hilfe leistungselektronischer Maßnahmen einen weitgehend sinusförmigen
Netzstrom ermöglichen. Die Regelung dieser PFC-Gleichrichter besteht meist aus Störgrößenaufschaltung, Stromrege-
lung und überlagerter Spannungsregelung. In diesem Beitrag wird ein Netzbeobachter entworfen, der die Netzspannung
prädiziert. Hiermit kann die Störgrößenaufschaltung verbessert werden.
BibTeX:
@inproceedings{Keuck2013,
  author = {Lukas Keuck and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker},
  title = {Formaler Regelungsentwurf für netzfreundliche PFC-Ladegleichrichter unter Anwendung eines Netzbeobachters},
  booktitle = {Internationaler ETG-Kongress},
  year = {2013}
}
Klöpper, B., Romaus, C., Schmidt, A. and Vöcking, H. A Multi-Agent Planning Problem for the Coordination of Functions Modules 2008
Vol. 2237th International Heinz Nixdorf Symposium -- Self-optimizing Mechatronic Systems: Design the Future, pp. 377 - 393 
inproceedings URL 
BibTeX:
@inproceedings{KloepperRomausEtAl2008,
  author = {Benjamin Klöpper and Christoph Romaus and Alexander Schmidt and Henner Vöcking},
  title = {A Multi-Agent Planning Problem for the Coordination of Functions Modules},
  booktitle = {7th International Heinz Nixdorf Symposium -- Self-optimizing Mechatronic Systems: Design the Future},
  publisher = {Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn},
  year = {2008},
  volume = {223},
  pages = {377 - 393},
  url = {https://www.hni.uni-paderborn.de/fileadmin/Externe_Seiten/7_Heinz_Nixdorf_Symposium/Contents_Conference_Transcript_7th_HNI_Symposium.pdf}
}
Klöpper, B., Romaus, C., Schmidt, A., Vöcking, H. and Donoth, Jö. Defining Plan Metrics for Multi-Agent Planning Within Mechatronic Systems 2008 ASME 2008 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering ConferenceInternational Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference (ASME)  inproceedings  
Abstract: The paradigm of self-optimization introduces flexible systems of objectives to the area of mechatronics. From this flexiblity new coordination problems arise. Such a problem is the coordination of function modules in such a way that the overall system of objectives is met as good as possible. Multi-agent Planning offers mechanisms to provide this coordination. In this paper we introduce the application of an established method from the area of decision analysis (value tree anaylsis) to define a common and coherent system of plan metrics for the multi-agent based coordination of function modules. The application of this approach is demonstrated on example of function modules within a railway vehicle.
BibTeX:
@inproceedings{KloepperRomausEtAl2008a,
  author = {Benjamin Klöpper and Christoph Romaus and Alexander Schmidt and Henner Vöcking and Jörg Donoth},
  title = {Defining Plan Metrics for Multi-Agent Planning Within Mechatronic Systems},
  booktitle = {International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference (ASME)},
  journal = {ASME 2008 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference},
  year = {2008}
}
Klöpper, B., Sondermann-Wölke, C. and Romaus, C. Probabilistic Planning for Predictive Condition Monitoring and Adaptation within the Self-Optimizing Energy Management of an Autonomous Railway Vehicle 2012 Journal of Robotics and Mechatronics
Vol. 24(1), pp. 5-15 
article  
Abstract: Self-optimizing mechatronic systems are a new class of technical systems. On the one hand, new challenges regarding dependability arise from their additional complexity and adaptivity. On the other hand, their abilities enable new concepts and methods to improve the dependability of mechatronic systems. This paper introduces a multi-level dependability concept for selfoptimizing mechatronic systems and shows how planning can be used to improve the availability and reliability of systems in the operating stages.
BibTeX:
@article{KloepperSondermannWoelkeRomaus2012,
  author = {Benjamin Klöpper and Christoph Sondermann-Wölke and Christoph Romaus},
  title = {Probabilistic Planning for Predictive Condition Monitoring and Adaptation within the Self-Optimizing Energy Management of an Autonomous Railway Vehicle},
  journal = {Journal of Robotics and Mechatronics},
  year = {2012},
  volume = {24},
  number = {1},
  pages = {5-15}
}
Klöpper, B., Sondermann-Wölke, C., Romaus, C. and Vöcking, H. Probabilistic Planning Integrated in a Multi-level Dependability Concept for Mechatronic Systems 2009 IEEE Symposium on Computational Intelligence in Control and Automation (CICA)  inproceedings  
Abstract: Self-optimizing mechatronic systems are a new class of technical systems. On the one hand, new challenges regarding dependability arise from their additional complexity and adaptivity. On the other hand, their abilities enable new concepts and methods to improve the dependability of mechatronic systems. This paper introduces a multi-level dependability concept for selfoptimizing mechatronic systems and shows how planning can be used to improve the availability and reliability of systems in the operating stages.
BibTeX:
@inproceedings{KlopperSondermannWolkeRomausEtAl2009,
  author = {Benjamin Klöpper and Christoph Sondermann-Wölke and Christoph Romaus and Henner Vöcking},
  title = {Probabilistic Planning Integrated in a Multi-level Dependability Concept for Mechatronic Systems},
  booktitle = {IEEE Symposium on Computational Intelligence in Control and Automation (CICA)},
  year = {2009}
}
Knoke, T. Entwurf und Betrieb hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebe am Beispiel von Abfallsammelfahrzeugen 2010 School: Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik, Universität Paderborn  phdthesis  
Abstract: Gegenwärtig werden hybride Fahrzeugantriebe als ein Schritt in Richtung umweltfreundlicher Fahrzeuge akzeptiert. Für den Entwurf und Betrieb solcher Fahrzeuge sind drei Fragen zu beantworten:
1. Wie soll die Struktur aussehen? (Anzahl, Art und Anordnung der Komponenten im Antriebsstrang)
2. Wie sollen die verwendeten Komponenten bemessen werden? (maximale Leistung des Verbrennungsmotors, maximale Leistung der elektrischen Antriebe, Kapazität und Leistung des Energiespeichers)
3. Wie soll die geforderte Antriebsleistung auf die verschiedenen Komponenten aufgeteilt werden? (Betriebsstrategie)

In der vorliegenden Arbeit werden Methoden für die Beantwortung der einzelnen Fragen aufgezeigt und bewertet. Als Beispiel dient ein hybrides Abfallsammelfahrzeug, das aufgrund seines besonderen Einsatzprofils eine deutliche Verbrauchsreduzierung erwarten lässt.
zu 1: Die Festlegung der Struktur erfolgt durch den systematischen Vergleich verschiedener Strukturalternativen. Dabei zeigt sich, dass für ein Abfallsammelfahrzeug der parallele Hybridantrieb mit einer Permanentmagnet-Synchronmaschine und einem Doppelschichtkondensator als Energiespeicher die günstigste Strukturvariante darstellt.
zu 2: Die Bemessung der Komponenten des Hybridantriebs wird sowohl heuristisch als auch mit Hilfe mathematischer Optimierungsmethoden durchgeführt. Bereits mit der einfachen heuristischen Bemessung kann im Vergleich zu einem konventionellen Sammelfahrzeug eine mittlere Verbrauchsersparnis von 28% erreicht werden. Durch eine optimale Bemessung können sowohl die Fahrzeugmasse (-3%) als auch der Verbrauch (bis zu -3%) weiter reduziert werden.
zu 3: Für den Entwurf einer Betriebsstrategie werden u. a. suboptimale und heuristische Ansätze verglichen. Durch den Einsatz einer suboptimalen Strategie auf Basis einer Markov-Kette kann eine zusätzliche Verbrauchsersparnis von teilweise über 7% erreicht werden.

Die drei o. g. Fragen können für den optimalen Entwurf und Betrieb eines hybriden Fahrzeugantriebs nicht unabhängig voneinander beantwortet werden. Durch den vorgestellten simultanen Optimierungsansatz, der die Abhängigkeiten zwischen Bemessung und Betriebsstrategie berücksichtigt, sind zusätzliche Verbrauchersparnisse möglich.

BibTeX:
@phdthesis{Knoke2010,
  author = {Tobias Knoke},
  title = {Entwurf und Betrieb hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebe am Beispiel von Abfallsammelfahrzeugen},
  school = {Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik, Universität Paderborn},
  year = {2010}
}
Knoke, T. and Böcker, J. Potenziale eines hybriden Fahrzeugantriebs in einem Abfallsammelfahrzeug 2007 9. Internationales VDI Forum Nutzfahrzeuge9. Internationales VDI Forum Nutzfahrzeuge  inproceedings  
Abstract: Kurzfassung Aufgrund des besonderen Fahrspiels eines Abfallsammelfahrzeugs, das durch sich häufig abwechselnde Brems- und Beschleunigungsvorgänge gekennzeichnet ist, ermöglichen hybride Fahrzeugantriebe eine deutliche Verbrauchsreduzierung. Mit der hier vorgestellten parallelen Hybridstruktur ist eine Verbrauchsersparnis von 30% und mehr möglich. Dieser Ersparnis stehen allerdings hohe Mehrkosten, insbesondere für den elektrischen Energiespeicher, gegenüber. Unter wirtschaftlichen Aspekten ist eine Speichergröße im Bereich von 5 MJ sinnvoll. Allerdings ist mit dieser Speichergröße der rein elektrische Betrieb des Pressmüllaufbaus während des Sammelzyklus nicht möglich. Abstract Due to the stop-and-go duty cycle of refuse collector vehicles, hybrid drive trains allow significant fuel saving. The proposed parallel hybrid structure offers a fuel saving of 30% and more. High premium costs, in particular for the electrical energy storage, face this saving. Under economic aspects a storage capacity in the range of 5 MJ is considerable. However, based on this storage size, a pure electrical operation of the collector unit during the collection cycle is not possible.
BibTeX:
@inproceedings{Knoke2007a,
  author = {T. Knoke and J. Böcker},
  title = {Potenziale eines hybriden Fahrzeugantriebs in einem Abfallsammelfahrzeug},
  booktitle = {9. Internationales VDI Forum Nutzfahrzeuge},
  journal = {9. Internationales VDI Forum Nutzfahrzeuge},
  year = {2007}
}
Knoke, T. and Böcker, J. Optimal Power Train Design of a Hybrid Refuse Collector Vehicle 2007 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Arlington, Texas, USAIEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC)  inproceedings  
Abstract: Abstract—Due to the stop-and-go drive cycle of refuse collector vehicles, hybrid power trains allow significant fuel saving. These power trains are very complex systems because of additional components like an electrical machine, an energy storage, etc. In order to exploit full potential of such systems optimal sizing of the components is essential. The sizing of the components can be seen as an optimization problem with the objectives “minimize fuel consumption“ and “minimize vehicle weight“. For the optimization scalable component models are required, which are presented here. The results of the optimization show that additional fuel saving combined with reduced weight is possible with optimally sized components compared to a heuristically designed vehicle.
BibTeX:
@inproceedings{KnokeBoecker2007,
  author = {T. Knoke and J. Böcker},
  title = {Optimal Power Train Design of a Hybrid Refuse Collector Vehicle},
  booktitle = {IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC)},
  journal = {IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Arlington, Texas, USA},
  year = {2007}
}
Knoke, T., Romaus, C., Böcker, J., DellAere, A. and Witting, K. Energy Management for an Onboard Storage System Based on Multi-Objective Optimization 2006 Int. Electronics Conference (IECON), S.4677 - 468232nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON), pp. 4677-4682  inproceedings  
Abstract: Abstract The power consumption of a tram is characterized by distinct peaks combined with a low average value. Using an onboard energy storage, the overhead line peak power and energy consumption can be reduced. The storage device introduces a degree of freedom for control of the power flow. To incorporate the freedom an energy management is required. The design of the energy management can be seen as a multi-objective optimization problem with the objectives “minimize line peak power” and “minimize energy consumption”. As common to most multiobjective optimization problems it is not possible to minimize both objectives at the same time. The results of the optimization problem can be described by a Pareto set, from which one Pareto point has to be selected depending on the weights of the objectives. As one Pareto set only represents the solution to a fixed set of system parameters, in case of parameter variations an adaptation process is necessary. This process can be realized by using an operator-controller-module, which consists of a cognitive part for planning tasks with lower real-time requirements and a reflective part for the execution level.
BibTeX:
@inproceedings{Knoke2006,
  author = {Knoke, T. and Romaus, C. and Böcker, J. and DellAere, A. and Witting, K.},
  title = {Energy Management for an Onboard Storage System Based on Multi-Objective Optimization},
  booktitle = {32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON)},
  journal = {Int. Electronics Conference (IECON), S.4677 - 4682},
  year = {2006},
  pages = {4677--4682}
}
Knoke, T., Romaus, C. and Boecker, J. Optimization and Comparison of Heuristic Control Strategies for Parallel Hybrid-Electric Vehicles 2007 23rd International Electric Vehicle Symposium (EVS23)23rd Int. Electric Vehicle Symposium (EVS23)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{KnokeEVS2007,
  author = {Knoke, Tobias and Romaus, Christoph and Boecker, Joachim},
  title = {Optimization and Comparison of Heuristic Control Strategies for Parallel Hybrid-Electric Vehicles},
  booktitle = {23rd Int. Electric Vehicle Symposium (EVS23)},
  journal = {23rd International Electric Vehicle Symposium (EVS23)},
  year = {2007}
}
Knoke, T., Schneider, T. and Böcker, J. Construction of a Hybrid Electrical Racing Kart as a Student Project 2007 12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference, Aalborg, Denmark12th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)  inproceedings  
Abstract: Abstract In the student project presented here a hybrid racing kart was built on the basis of a conventional kart. Technical key aspects of the project were the connectional design of the structure, the sizing of the key components and the implementation of a control strategy. Beside technical aspects, basics of project management and teamwork were central topics. After a short introduction the students accomplished all work on their own responsibility. In particular they were responsible for the costs and schedule.
BibTeX:
@inproceedings{Knoke2007,
  author = {T. Knoke and T. Schneider and J. Böcker},
  title = {Construction of a Hybrid Electrical Racing Kart as a Student Project},
  booktitle = {12th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)},
  journal = {12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference, Aalborg, Denmark},
  year = {2007}
}
Kolomeitsev, L., Kraynov, D., Pakhomin, S., Rednov, F., Kallenbach, E., Kireev, V., Schneider, T. and Bocker, J. Control of a linear switched reluctance motor as a propulsion system for autonomous railway vehicles 2008 13th Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC), pp. 1598-1603  inproceedings DOI  
Abstract: A linear switched reluctance drive with large airgap was developed and manufactured for a test track of autonomous railway vehicles (RailCab). Control structure and current shaping algorithms are presented providing smooth transitions between the motoring and dynamic braking operation modes at low switching losses. In both modes low force and torque ripples are maintained with reasonable efficiency. The control is tested on the rotational variant of the motor. Details of the test bench and measurements of phase currents, force or torque, respectively, and efficiency are presented.
BibTeX:
@inproceedings{KolomeitsevKraynovEtAl2008a,
  author = {Kolomeitsev, L. and Kraynov, D. and Pakhomin, S. and Rednov, F. and Kallenbach, E. and Kireev, V. and Schneider, T. and Bocker, J.},
  title = {Control of a linear switched reluctance motor as a propulsion system for autonomous railway vehicles},
  booktitle = {13th Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC)},
  year = {2008},
  pages = {1598--1603},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/EPEPEMC.2008.4635495}
}
Kolomeitsev, L., Kraynov, D., Pakhomin, S., Rednov, F., Kallenbach, E., Kireev, V., Schneider, T. and Böcker, J. Linear Switched Reluctance Motor as a High Efficiency Propulsion System for Railway Vehicles 2008 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{KolomeitsevKraynovEtAl2008,
  author = {L. Kolomeitsev and D. Kraynov and S. Pakhomin and F. Rednov and E. Kallenbach and V. Kireev and T. Schneider and J. Böcker},
  title = {Linear Switched Reluctance Motor as a High Efficiency Propulsion System for Railway Vehicles},
  booktitle = {International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)},
  year = {2008}
}
Kröger, C., Böcker, J. and Nei, K. Elektromobilität — ein aktuelles Forschungsfeld insbesondere der Regelungstechnik 2010 at – Automatisierungstechnik
Vol. 58(10), pp. 542-545 
article DOI  
BibTeX:
@article{KroegerBoecker2010,
  author = {Claus Kröger and Joachim Böcker and Konstantin Nei},
  title = {Elektromobilität — ein aktuelles Forschungsfeld insbesondere der Regelungstechnik},
  journal = {at – Automatisierungstechnik},
  year = {2010},
  volume = {58},
  number = {10},
  pages = {542-545},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1524/auto.2010.9082}
}
Krishna, D., Fröhleke, N., Böcker, J. and Preckwinkel, H. A simplified mathematical model for DC-balancing and capacitor ripple reduction in 3-level inverters 2013 Industrial Technology (ICIT), 2013 IEEE International Conference on, pp. 457-462  inproceedings DOI  
Abstract: Because of its cost implications, DC balancing and third harmonic ripple on the capacitor voltages is a point of concern in 3-level inverters. Hence, a reasonable amount of research has been reported, in connection to this issue. In most of the publications, the problem is dealt in a way which is specific to the particular application or to the PWM technique used. A general mathematical model has not been reported yet. This paper presents an in-depth mathematical analysis and a solution which follows a model-based approach. It also presents a general model of the closed-loop system, both for voltage balancing and ripple reduction. Experimental results are presented, which prove the validity of the model.
BibTeX:
@inproceedings{Krishna2013,
  author = {Krishna, D.V.M.M. and Fröhleke, N. and Böcker, J. and Preckwinkel, H.},
  title = {A simplified mathematical model for DC-balancing and capacitor ripple reduction in 3-level inverters},
  booktitle = {Industrial Technology (ICIT), 2013 IEEE International Conference on},
  year = {2013},
  pages = {457-462},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ICIT.2013.6505715}
}
Lönneker, M. and Böcker, J. A Novel Space Vector Modulation Strategy for Thyristor Matrix Converters 2013 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)  inproceedings  
Abstract: A novel modulation strategy for matrix converters based on space vector representation is outlined in
this contribution. In particular, the method is applied to a thyristor matrix converter connecting a
multi-phase generator of varying frequency with the fixed-frequency three-phase grid. Compared with
the well-known space vector modulation for a three-phase voltage source inverter, the elementary
output voltage vectors are no longer constant but varying themselves in time. Additionally, not every
transition between the switching states is possible at any time as an appropriate external commutation
voltage is needed. Goal of the proposed control approach is get by with only a small number of
commutations per fundamental in order to keep the switching losses low while ensuring a reasonable
harmonic distortion.
BibTeX:
@inproceedings{LoennekerBoecker2013,
  author = {Michael Lönneker and Joachim Böcker},
  title = {A Novel Space Vector Modulation Strategy for Thyristor Matrix Converters},
  booktitle = {Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)},
  year = {2013}
}
Leuer Entwurf und Evaluation einer modellprädiktiven Regelung für einen permanenterregten Synchronmotor unter Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen 2010 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Universität Paderborn 
mastersthesis  
BibTeX:
@mastersthesis{Leuer2010a,
  author = {Leuer},
  title = {Entwurf und Evaluation einer modellprädiktiven Regelung für einen permanenterregten Synchronmotor unter Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik
Universität Paderborn}, year = {2010} }
Leuer, M. Modellprädiktive Regelung permanent erregter Synchronmotoren im Antriebsstrang von Automobilen 2014 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  phdthesis  
Abstract: Elektro- und Hybridfahrzeuge rücken zunehmend in das Interesse der Öffentlichkeit und
der Automobilindustrie. Im Antriebsstrang dieser Fahrzeugtypen werden hauptsächlich
permanent erregte Synchronmotoren mit eingebetteten Magneten (IPMSM) genutzt, die
sich durch eine hohe Leistungs- und Drehmomentdichte sowie einen guten Wirkungsgrad
auszeichnen. Zur Ausschöpfung des vollen Leistungspotentials eines IPMSM ist eine
adäquate Regelung unerlässlich.
Konventionelle Regelungen für IPMSM basieren derzeit in der Regel auf PIStromreglern,
obwohl Modellprädiktive Regelungen (MPCs) eine deutlich bessere Regelperformance
besitzen: Bei einer MPC ist im Regler ein Prozessmodell des zu regelnden
Systems hinterlegt, mit dem der Regler in jedem Zeitschritt die optimale zukünftige
Stellgröße ermittelt. Da diese online-Optimierung in Echtzeit ausgeführt werden muss,
werden insbesondere bei Systemen mit kleinen Zeitkonstanten, wie sie bei der Regelung
von IPMSM im Antriebsstrang von Automobilen auftreten, enorme Anforderungen an
die Rechenleistung gestellt. Im Bereich der Erforschung und Entwicklung moderner Regelungskonzepte
für IPMSM im Antriebsstrang von Automobilen gibt es zwar Ansätze,
MPCs zu verwenden, diese MPCs sind jedoch als offline-Regelungen implementiert, um
die Echtzeitfähigkeit zu gewährleisten.
In der vorliegenden Arbeit wird ein MPC-Verfahren entwickelt, welches speziell auf die
Regelung von IPMSM im Antriebsstrang von Automobilen ausgelegt ist. Aufgrund der
Arbeitsweise wird dieseMPC in der Arbeit als Vektor-MPC bezeichnet. Im Gegensatz zur
klassischen MPC berücksichtigt die Vektor-MPC während der online-Optimierung nur
die durch den Umrichter realisierbaren Stellgrößen, wodurch die Optimierung sehr ressourcensparend
durchgeführt werden kann. Auch die bestehenden Stellgrößenbeschränkungen
werden durch die Vektor-MPC berücksichtigt. Durch diese Vorgehensweise sind
auch für Systeme mit Zeitkonstanten im Millisekunden-Bereich - wie IPMSM im Antriebsstrang
von Automobilen - echtzeitfähige online-MPCs realisierbar. Im Gegensatz
zur klassischen MPC zeichnet sich die Vektor-MPC zudem durch die Möglichkeit einer
parallelen Berechnung aus und bietet sich damit für eine Implementierung auf einem
FPGA (Field Programmable Gate Array) an.
Das Verfahren der Vektor-MPC wird in der vorliegenden Arbeit zunächst mit Hilfe
von Simulationen für die Regelung des IPMSM optimiert, bevor die Regelung an einem
Motor-Prüfstand implementiert wird. Die Echtzeitfähigkeit sowie die gute Regelperformance
der Vektor-MPC und die Verbesserung gegenüber einer PI-Regelung werden anhand
der Simulations- und Messergebnisse nachgewiesen. Zudem wird gezeigt, dass die
entwickelte Vektor-MPC auf der verwendeten Rechenhardware mit einer Reglerzykluszeit
von 1 us realisiert werden kann: Die implementierte Vektor-MPC ist um den Faktor
10 schneller als erforderlich und kann damit auch auf einer entsprechend langsameren
Hardware immer noch echtzeitfähig realisiert werden.

-------------------------------

Electric and hybrid vehicles are moving more and more into the focus of public interest
and the automotive industry. In the traction drives of these vehicles, mainly permanent
magnet synchronous motors with embedded magnets (IPMSM) are used due to their
high power and torque density as well as their high degree of efficiency. In order to
unleash the full performance potential of an electric drive, adequate control design is
essential.
Conventional controls for IPMSM are generally based on PI controllers, although
Model Predictive Controls (MPCs) have a significantly better control performance: A
MPC includes a process model of the system to be controlled. Based on this model the
controller determines the optimal future manipulated variable in every sampling step.
Since this online-optimization must be performed in real-time, great computational costs
for systems with small time constants, as they occur in IPMSM controls for automotive
applications, result. Therefore, in research and development of advanced control concepts
for IPMSM in automotive applications, MPCs are so far used in an offline manner only
to obtain real-time capability.
In the present PhD thesis a MPC approach specially designed for controlling IPMSM
in electric drive trains is introduced. Due to its operation strategy, this MPC is referred
to as Vector-MPC. In contrast to a classical MPC, the Vector-MPC only considers
the realizable manipulated variables of the converter during the online-optimization,
making the optimization task highly computationally efficient. The existing manipulated
variables are subject to constraints which are directly taken into account by the Vector-
MPC. The suggested Vector-MPC control approach can be applied to systems with time
constants in the millisecond range, e.g. IPMSM in electric drive trains, online and in
real-time. In contrast to a classical MPC, the Vector-MPC is also characterized by the
possibility of a parallel calculation and is therefore suitable for implementation on an
FPGA (Field Programmable Gate Array).
In this work, the method of the Vector-MPC is first optimized with the help of simulations
before the approach is implemented on an IPMSM test bench. The real-time
capability, the good control performance and the superiority of the Vector-MPC over a
PI control are demonstrated by the simulation and measurement results. Furthermore, it
is shown that the developed Vector-MPC can be implemented on the used computation
hardware with a control cycle time of 1 us: Therewith, the implemented Vector-MPC is
10 times faster than required and therefore does not lose its real-time capability even
when being implemented on a slower computation hardware.

BibTeX:
@phdthesis{Leuer2014,
  author = {Michael Leuer},
  title = {Modellprädiktive Regelung permanent erregter Synchronmotoren im Antriebsstrang von Automobilen},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2014}
}
Leuer, M. and Böcker, J. Fast online model predictive control of IPMSM using parallel computing on FPGA 2013 Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International, pp. 1017-1022  inproceedings DOI  
Abstract: Model predictive control (MPC) offers a variety of advantages compared to conventional control methods. The problem with MPCs is the high computational cost and the associated long control cycle time. This makes the use of MPCs unattractive for processes with small time constants, as in permanent magnet synchronous motors with interior magnets (IPMSM) for electric vehicles. In this paper a model predictive control method for nonlinear systems with inherent output limitation is presented. This approach offers real-time capability for online MPCs even for processes with time constants in the millisecond range. This becomes feasible by the possibility of parallel computation, as provided by a FPGA (Field Programmable Gate Array). In the following, the functional principle of this real-time MPC approach is presented and the functionality is verified by simulation results of an IPMSM control for automotive applications.
BibTeX:
@inproceedings{Leuer2013,
  author = {Leuer, M. and Böcker, J.},
  title = {Fast online model predictive control of IPMSM using parallel computing on FPGA},
  booktitle = {Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International},
  year = {2013},
  pages = {1017-1022},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IEMDC.2013.6556221}
}
Leuer, M. and Böcker, J. Real-Time Implementation of an Online Model Predictive Control for IPMSM Using Parallel Computing on FPGA 2014 IPEC2014  inproceedings  
Abstract: Model Predictive Control (MPC) offers a variety
of advantages compared to conventional control methods. The
problem with MPC is the high computational cost and the
associated long control cycle time. This makes MPC unattractive
for processes with small time constants, as in permanent magnet
synchronous motors with interior magnets (IPMSM) for electric
vehicles. In this paper a Model Predictive Control method for
nonlinear systems with inherent output saturation is presented.
This approach offers real-time capability for online MPC even
for processes with time constants in the millisecond range. This
becomes feasible by the possibility of parallel computation, as
provided by a FPGA (Field Programmable Gate Array). This
can overcome the drawbacks of the high computational effort.
After the functional principle of this real-time MPC approach
is presented, the resulting performance is shown by simulation
results and the real-time capability is verified by test results of
an IPMSM for automotive applications on a testbench.
BibTeX:
@inproceedings{Leuer2014b,
  author = {Michael Leuer and Joachim Böcker},
  title = {Real-Time Implementation of an Online Model Predictive Control for IPMSM Using Parallel Computing on FPGA},
  booktitle = {IPEC2014},
  year = {2014}
}
Leuer, M., Rüting, A. and Böcker, J. Efficiency-Optimized Model Predictive Torque Control for IPMSM 2014 Energycon2014  inproceedings  
Abstract: Model Predictive Control (MPC) offers a variety of
actuating variables can be scheduled in this way so that a
advantages compared to conventional control methods. A MPC
faster and better damped transient response is achieved in
includes a process model of the system to be controlled. Based
comparison to conventional concepts. Possible control and
on this model the controller determines the optimal actuating
state variable constraints are directly taken into account. By
variable for future timesteps in every sampling step. In this paper
a Direct Torque Model Predictive Control (DT-MPC) method for
doing so, the optimization problem to minimize the copper
nonlinear systems with inherent output saturation is presented.
losses in the IPMSM can also directly be carried out. Despite
This approach offers real-time capability for online MPC even
many advantages of MPC approaches, enormously demands
for processes with time constants in the millisecond range.
on processing power for high-dynamic control systems, as
Furthermore, it is shown in this paper, how the optimization
they are common in the electric drive technology, have to
algorithm in the MPC can be used in order to achieve optimized
efficiency of interior permanent magnet synchronous motors
be faced. However, there are new MPC approaches which
(IPMSM). Using the results of simulation the good control
allow to reduce the online computation time. Here the Vector-
performance as well as the optimization of the efficiency of an
MPC [5] has to be mentioned. The Vector-MPC is a real-time
electrical drive train can be shown. Thus, the DT-MPC provides
feasible online MPC. This MPC approach solves the online
maximum torque per current (MTPC) operating currents without
minimization problem with a resource-efficient optimization
the need of additional operating point choice.
BibTeX:
@inproceedings{Leuer2014a,
  author = {Michael Leuer and Arne Rüting and Joachim Böcker},
  title = {Efficiency-Optimized Model Predictive Torque Control for IPMSM},
  booktitle = {Energycon2014},
  year = {2014}
}
Li, R. Power Supplies for High-Power Piezoelectric Ultrasonic Motor 2010 School: Universität Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Li2010,
  author = {Li, Rongyuan},
  title = {Power Supplies for High-Power Piezoelectric Ultrasonic Motor},
  school = {Universität Paderborn},
  year = {2010}
}
Li, R., Fröhleke, N. and Böcker, J. Analysis and Design of a Novel Three-Level LLCC Inverter supplying an Airbone Piezoelectric Brake Actuator 2007 38th Annual IEEE Power Electronic Specialists ConferenceFlorida USA38th Annual IEEE Power Electronic Specialists Conference (PESC)  inproceedings  
Abstract: novel single-phase three-level PWM inverter in the kW power range, feeding a high power multi-mass ultrasonic motor (MM-USM) via a LLCC-type filter. In order to specify the power supply requirements, the operating principle of the MM-USM employed for a novel airborne brake actuator is briefed. The control scheme is studied, and for attaining high dynamic performance, a cascaded voltage and hysteresis current controller is designed and implemented on a FPGA. Measurement results indicate the progress towards high power piezoelectric actuator power supply and tuning measures with respect to modeling and simulations.
BibTeX:
@inproceedings{Li2007,
  author = {R. Li and N. Fröhleke and J. Böcker},
  title = {Analysis and Design of a Novel Three-Level LLCC Inverter supplying an Airbone Piezoelectric Brake Actuator},
  booktitle = {38th Annual IEEE Power Electronic Specialists Conference (PESC)},
  journal = {38th Annual IEEE Power Electronic Specialists ConferenceFlorida USA},
  year = {2007}
}
Li, R., Fröhleke, N., Böcker, J. and Ide, P. ZVZCS Isolated Converter for Renewable Energy System with Extra Wide Voltage Range 2005 International PCIM Conference, Nürnberg, DeutschlandInt. Power Conversion Intelligent Motion Conference (PCIM)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Li2005,
  author = {Li, R. and Fröhleke, N. and Böcker, J. and Ide, P.},
  title = {ZVZCS Isolated Converter for Renewable Energy System with Extra Wide Voltage Range},
  booktitle = {Int. Power Conversion Intelligent Motion Conference (PCIM)},
  journal = {International PCIM Conference, Nürnberg, Deutschland},
  year = {2005}
}
Li, R., Fröhleke, N., Wetzel, H. and Böcker, J. Investigation of Power Supplies for a Piezoelectric Brake Actuator in Aircrafts 2006 Int. Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC)Shanghai, ChinaInt. Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC)  inproceedings  
Abstract: Abstract - In order to facilitate the use of a piezoelectric brake actuator for direct drive applications in airplanes, a power supply system in the power range of several kW is developed, characterised by a high power density, high dynamic and low weight. It feeds the mechanical vibration and reactive power to a multi-mass ultrasonic motor. This contribution puts focus on the power supply and control architecture of the underlying PIBRAC project, whose objective is to study, design and test a novel type of piezoelectric brake actuator and its control electronics. The yield should be pronounced cuts in total weight and peak power demand, when compared to electromagnetic brake actuators.
BibTeX:
@inproceedings{Li2006a,
  author = {Li, R. and Fröhleke, N and Wetzel, H. and Böcker, J.},
  title = {Investigation of Power Supplies for a Piezoelectric Brake Actuator in Aircrafts},
  booktitle = {Int. Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC)},
  journal = {Int. Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC)Shanghai, China},
  year = {2006}
}
Li, R., Fröhleke, N., Wetzel, H., Böcker, J., Ouchouche, S., Agostini, E. and Audren, J.-T. Power Supply and Control Scheme for an Airborne Piezoelectric Brake Actuator 2006 Proc. of 10th International Conference on New Actuators (ACTUATOR) Bremen.10th International Conference on New Actuators (ACTUATOR)  inproceedings  
Abstract: Abstract: Environment and fire risks together with high maintenance costs generate the main drive in recent years to replace hydraulic actuators in aircrafts by electromechanical actuators. However, conventional electromagnetic motors with reduction gears increase the weight of the drive train and require high electrical peak power due to the kinetic energy of the drive train during anti-skid operation. Thus, actuators with high torque or force at low speed and very low inertia are needed. A promising candidate as novel brake actuator is the multi-mass ultrasonic motor (MM-USM) derived from the well known travelling-wave type motor (TW-USM), which is the subject of the European project PIBRAC. This contribution puts focus on the power supply and control architecture of this underlying project, whose objective is to study, design and test this novel brake actuator and its control electronics.
BibTeX:
@inproceedings{Li2006,
  author = {Li, R. and Fröhleke, N. and Wetzel, H. and Böcker, J. and Ouchouche, S. and Agostini, E. and Audren, J.-T.},
  title = {Power Supply and Control Scheme for an Airborne Piezoelectric Brake Actuator},
  booktitle = {10th International Conference on New Actuators (ACTUATOR)},
  journal = {Proc. of 10th International Conference on New Actuators (ACTUATOR) Bremen.},
  year = {2006}
}
Li, R., Fröhleke, N. and Böcker, J. Design and Implementation of a Power Inverter for a high Power Piezoelectric Brake Actuator 2007 9$^th$ Brazilian Power Electronics Conference (COBEP)  inproceedings  
Abstract: Piezoelectric brake actuators for airplanes are currently under development to dispense with hydraulic systems. Subject of this contribution is a novel PWM controlled inverter of the kW power range, feeding a multi-mass ultrasonic motor (MM-USM) via a LLCC-type filter. It is designed in a way to reduce the total harmonic distortion of the motor voltage and to locally compensate for the reactive power of the motor. By combining latter inverter and filter, the driving voltage of the motor can be varied in a suitable frequency range, though the output filter show s an optimal performance at minimized volume and weight.
BibTeX:
@inproceedings{Li2007a,
  author = {Rongyuan Li and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker},
  title = {Design and Implementation of a Power Inverter for a high Power Piezoelectric Brake Actuator},
  booktitle = {9$^th$ Brazilian Power Electronics Conference (COBEP)},
  year = {2007}
}
Li, R., Frohleke, N. and Bocker, J. LLCC-PWM inverter for driving high-power piezoelectric actuators 2008 13th Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC), pp. 159-164  inproceedings DOI  
Abstract: In this contribution a novel LLCC-PWM inverter is presented for driving ultrasonic high power piezoelectric actuators. The proposed system of a pulse-width modulated inverter and LLCC-type filter is designed in a way to reduce the total harmonic distortion of the motor voltage and to locally compensate for the reactive power of piezoelectric actuators. In order to limit the switching frequency, a pulse width modulation using elimination technique of selected harmonics is designed and implemented on a FPGA. Due to local compensation of reactive power and high dynamic behavior of LLCC PWM inverter, the whole power supply shows an optimal performance at minimized volume and weight compared to LC and LLCC resonant converters.
BibTeX:
@inproceedings{LiFrohlekeEtAl2008,
  author = {Rongyuan Li and Frohleke, Norbert and Bocker, Joachim},
  title = {LLCC-PWM inverter for driving high-power piezoelectric actuators},
  booktitle = {13th Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC)},
  year = {2008},
  pages = {159--164},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/EPEPEMC.2008.4635261}
}
Li, R., Loenneker, M., Froehleke, N. and Boecker, J. Design of Power Supply for Driving High Power Piezoelectric Actuators 2008 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS), pp. 1-6  inproceedings DOI  
BibTeX:
@inproceedings{LiLoennekerEtAl2008,
  author = {Li, Rongyuan and Loenneker, Michael and Froehleke, Norbert and Boecker, Joachim},
  title = {Design of Power Supply for Driving High Power Piezoelectric Actuators},
  booktitle = {IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS)},
  year = {2008},
  pages = {1--6},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/08IAS.2008.305}
}
Li, R., Pottharst, A., Fröhleke, N. and Böcker, J. Analysis and Design of Improved Isolated Full-Bridge Bi-Directional DC-DC Converter 2004 PESC 2004, Aachen, Germany35th IEEE Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Li2004,
  author = {Li, R. and Pottharst, A. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Analysis and Design of Improved Isolated Full-Bridge Bi-Directional DC-DC Converter},
  booktitle = {35th IEEE Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)},
  journal = {PESC 2004, Aachen, Germany},
  year = {2004}
}
Li, R., Pottharst, A., Fröhleke, N. and Böcker, J. Energy Storage Scheme for Rail-guided Shuttle using Ultracapacitor and Battery 2004 11th International Power Electronics and Motion Control ConferencesEPE-PEMC 2004, September 2004, Riga, Latvia.11th International Power Electronics and Motion Control Conferences (EPE-PEMC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Li2004a,
  author = {Li, R. and Pottharst, A. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Energy Storage Scheme for Rail-guided Shuttle using Ultracapacitor and Battery},
  booktitle = {11th International Power Electronics and Motion Control Conferences (EPE-PEMC)},
  journal = {11th International Power Electronics and Motion Control ConferencesEPE-PEMC 2004, September 2004, Riga, Latvia.},
  year = {2004}
}
Li, R., Pottharst, A., Fröhleke, N., Böcker, J., Witting, K., Dellnitz, M., Znamenshchykov, O. and Feldmann, R. Design and Implementation of a Hybrid Energy Supply System for Railway Vehicles 2005 APEC 2005, IEEE Applied Power Electronics Conference 2005, Austin, USA.IEEE Applied Power Electronics Conference (APEC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Li2005a,
  author = {Li, R. and Pottharst, A. and Fröhleke, N. and Böcker, J. and Witting, K. and Dellnitz, M. and Znamenshchykov, O. and Feldmann, R.},
  title = {Design and Implementation of a Hybrid Energy Supply System for Railway Vehicles},
  booktitle = {IEEE Applied Power Electronics Conference (APEC)},
  journal = {APEC 2005, IEEE Applied Power Electronics Conference 2005, Austin, USA.},
  year = {2005}
}
Littmann, W., Hemsel, T., Kauczor, C., Wallaschek, J. and Sinha, M. Load-Adaptive Phase-Controller for Resonant Driven Piezoelectric Devices 2003 WCU 2003  inproceedings  
Abstract: In ultrasonic processing tools (e.g. for sonochemistry, ultrasonic machining, bonding or cleaning), as well as in piezoelectric motors and transformers, rod- or plate-shaped structures are excited with piezoelectric elements. Most often, resonant vibrations are required to achieve maximum energy transformation and efficiency. This work presents a simple structured load-adaptive phase-controller for resonant driven piezoelectric devices. The newly developed controller, which is an extension of the well-known “phase-locked-loop”- concept (PLL) considers that the fundamental characteristics of the ultrasonic vibrators depend strongly on their loading conditions, which can be mechanical (e.g. in ultrasonic processing) or electrical (e.g. in piezoelectric transformers).
BibTeX:
@inproceedings{Littmann2003,
  author = {Littmann, W. and Hemsel, T. and Kauczor, C. and Wallaschek, J. and Sinha, M.},
  title = {Load-Adaptive Phase-Controller for Resonant Driven Piezoelectric Devices},
  booktitle = {WCU 2003},
  year = {2003}
}
Lüdeke, H.-P. Untersuchung von Schaltnetzteilen mit kontinuierlichen Resonanzschwingungen. 1993 School: Universität Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Luedeke1993,
  author = {Lüdeke, Hans-Peter},
  title = {Untersuchung von Schaltnetzteilen mit kontinuierlichen Resonanzschwingungen.},
  school = {Universität Paderborn},
  year = {1993}
}
Lv, J., Cao, Z., Fröhleke, N., Böckercker, J., Yuan, H. and Mi, H. Thermal-Electrical Modeling and Simulation of Resonantly Operated DC-DC Converters Based on Extended Describing Function Method 2011 EPE'11 ECCE Europe Power Electronics and Adjustable Speed Drives  inproceedings  
Abstract: Due to the very large difference between electrical and thermal time constants, stimulation for
resonantly operated DC-DC converters using physical or ideal switching model is very
time-consuming or impossible with limited computational resources. In order to overcome this
problem a novel thermal-electrical averaging model of resonantly operated DC-DC converters is
proposed in this contribution. The electrical model is based on extended describing function method.
All required parameters for the thermal model can be obtained from datasheets. As examples
thermal-electrical models of series-parallel resonant converters with LC- and C-type output filters are
given and verified by comparison with a standard simulation tool. The thermal-electrical modeling
procedure proposed in this contribution can of course also be applied for other types of resonant
converters.
BibTeX:
@inproceedings{LvCao2011,
  author = {Jianxun Lv and Zhiyu Cao and Norbert Fröhleke and Joachim Böckercker and Haiwen Yuan and Hanguang Mi},
  title = {Thermal-Electrical Modeling and Simulation of Resonantly Operated DC-DC Converters Based on Extended Describing Function Method},
  booktitle = {EPE'11 ECCE Europe Power Electronics and Adjustable Speed Drives},
  year = {2011}
}
Margaritis Analyse eines Sperr-Flußkonverters 1990 School: Universität Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Margaritis1990,
  author = {Margaritis},
  title = {Analyse eines Sperr-Flußkonverters},
  school = {Universität Paderborn},
  year = {1990}
}
Mathapathi, S. FPGA-Based High Performance AC Drive 2011 School: University of Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Mathapati2011,
  author = {Shashidar Mathapathi},
  title = {FPGA-Based High Performance AC Drive},
  school = {University of Paderborn},
  year = {2011}
}
Mathapati, S. and Böcker, J. Dynamically Reconfigurable Control Structure for Induction Motor Drives on FPGA Control Platform 2010
Vol. 20-1EPE Journal 
inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{MathapatiBocker2010,
  author = {S. Mathapati and J. Böcker},
  title = {Dynamically Reconfigurable Control Structure for Induction Motor Drives on FPGA Control Platform},
  booktitle = {EPE Journal},
  year = {2010},
  volume = {20-1}
}
Mathapati, S. and Böcker, J. Implementation of Dynamically Reconfigurable Control Structures on a Single FPGA Platform 2007 12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference, Aalborg, Denmark12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference (EPE)  inproceedings  
Abstract: Abstract More than one control schemes for the motor control with the dynamic change-over between them is termed as “dynamically reconfigurable control structures”. Such a dynamically reconfigurable control structure for induction machine is proposed and implemented on a single FPGA platform. The inherent feature of FPGA i.e. the parallel execution offers ease and more enabling to implement such a multiple control structure. The content of paper emphasises on the basic arrangement of concept, implementation, sharing the common modules between the control schemes and the space characterization on FPGA.
BibTeX:
@inproceedings{Mathapati2007,
  author = {S. Mathapati and J. Böcker},
  title = {Implementation of Dynamically Reconfigurable Control Structures on a Single FPGA Platform},
  booktitle = {12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference (EPE)},
  journal = {12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference, Aalborg, Denmark},
  year = {2007}
}
Mathapati, S. and Böcker, J. Analytical and Offline Approach to Select Optimal Hysteresis Bands of DTC for PMSM 2013 Industrial Electronics, IEEE Transactions on
Vol. 60(3), pp. 885-895 
article DOI  
Abstract: The switching frequency of an inverter under direct torque control is mainly decided by the flux- and torque-controller output switching counts. It is known that, with fixed hysteresis bands, the switching frequency varies as the operating point changes. It is possible, however, to keep the switching frequency constant by the adaptation of hysteresis bands. The switching frequency is a function of both torque and flux bands. Different combinations of flux and torque bands can be used to achieve a desired switching frequency. However, for optimal control, one among the many available combinations has to be chosen. In this contribution, it is proposed to select the hysteresis bands based on the criterion of the minimum harmonic distortion in the motor currents for the required switching frequency. An analytical procedure is presented to calculate these optimal bands for the permanent-magnet synchronous motor. The analytical results were cross checked with simulation studies and validated by detailed experimentation. In order not to degrade the control performance by computational delay, a field-programmable-gate-array-based control platform is being used for implementation.
BibTeX:
@article{Mathapati2013,
  author = {Mathapati, S. and Böcker, J.},
  title = {Analytical and Offline Approach to Select Optimal Hysteresis Bands of DTC for PMSM},
  journal = {Industrial Electronics, IEEE Transactions on},
  year = {2013},
  volume = {60},
  number = {3},
  pages = {885-895},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2012.2189530}
}
Mayer, M. Simultane Optimierung von Entwurf und Betriebsstrategie eines hybriden Abfallsammelfahrzeugs 2008 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
Abstract: Aufgabenstellung Der optimale Entwurf und Betrieb hybrider Fahrzeugantriebe gliedert sich in drei Schritte: 1. Optimaler Entwurf der Struktur (Anzahl, Art und Anordnung der Komponenten im Antriebsstrang) 2. Optimale Bemessung der Komponenten (maximale Leistung des Verbrennungsmotors, Bemessungsleistung der elektrischen Antriebe, Energieinhalt und Leistung des Energiespeichers) 3. Optimierung der Betriebsstrategie (Aufteilung der Antriebsleistung auf die verschiedenen Komponenten) Die Lösung der einzelnen Optimierungsschritte ist nicht unabhängig von einander. Um das volle Potenzial eines hybriden Fahrzeugantriebs zu nutzen, ist es notwendig, die einzelnen Schritte simultan zu betrachten. Im Rahmen dieser Masterarbeit soll daher eine Methode zur simultanen Optimierung der Bemessung der Komponenten und der Betriebsstrategie entworfen und untersucht werden. Diese Methode soll beispielhaft auf ein hybrides Abfallsammelfahrzeug angewendet werden. Dazu: -ist der Stand der Technik für die optimale Bemessung der Komponenten und den optimalen Entwurf der Betriebsstrategie aufzuzeigen. - ist eine geeignete Struktur für das hybride Abfallsammelfahrzeug zu entwerfen. - ist ein Simulationsmodell mit skalierbaren Komponenten zu erstellen und anhand von vorliegenden Messdaten zu verifizieren. - ist die optimale Bemessung der Komponenten beispielhaft durchzuführen. - ist eine Betriebsstrategie zu entwerfen und zu optimieren. - ist eine Methode zur simultanen Optimierung der Bemessung der Komponenten und der Betriebsstrategie zu entwickeln und anzuwenden. - sind die Ergebnisse der simultanen Optimierung mit denen der sequentiellen Optimierung zu vergleichen und zu bewerten. - sind die Optimierungsergebnisse für verschiedene Fahrsituationen zu vergleichen und zu bewerten.
BibTeX:
@mastersthesis{Mayer2008,
  author = {Michael Mayer},
  title = {Simultane Optimierung von Entwurf und Betriebsstrategie eines hybriden Abfallsammelfahrzeugs},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2008},
  note = {Katalog-Nr. MA 3},
  url = {file://lealiteratur\VortraegeLEA_Seminar008}
}
Meyer, M. Wirkungsgradoptimierte Regelung hoch ausgenutzter Permanent-Synchronmaschinen im Antriebsstrang von Automobilen 2010 School: Universität Paderborn  phdthesis  
Abstract: Entscheidende Kriterien für elektrische Antriebe in automobilen Traktionsapplikationen sind Wirkungsgrad und Leistungsdichte. Bedingt durch die fortschreitende Entwicklung von Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien wie NdFeB oder SmCo mit immer höheren Energiedichten weisen Permanentmagnet-Synchronmaschinen (PMSM) diesbezüglich hervorragende Eigenschaften auf. Sehr hohe Wirkungsgrade bzw. Leistungsdichten werden mit so genannten Interior PMSM (IPMSM) erzielt, bei denen die Permanentmagnete in die Rotorstruktur eingelassen sind. IPMSM sind daher mittlerweile der dominierende Maschinentyp in diesem Anwendungsbereich. Im Gegensatz zu Asynchronmaschinen (ASM), die seit Jahrzehnten in Traktionsantrieben zum Beispiel in Schienenfahrzeugen im Einsatz sind, sind die Erfahrung mit PMSM in Traktionsanwendungen aber noch eher gering. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der wirkungsgradoptimierten Drehmomentregelung bzw. -steuerung hoch ausgenutzter IPMSM-Antriebe unter traktionstypischen Randbedingungen. Hierzu zählen der weit gespreizte Drehzahlbereich, der sowohl einen Betrieb im Ankerstell- wie auch im Flussschwächbereich erfordert, und die speziellen Eigenschaften von Maschine und Wechselrichter wie Eisen-Sättigungseffekte, nichtsinusförmige EMK und kleine minimale Pulszahl. Die Regelungsstruktur muss zwei Aufgaben erfüllen:

Zunächst ist der Arbeitspunkt zu bestimmen, in dem der Antrieb unter den gegebenen Randbedingungen möglichst wirkungsgradoptimal betrieben wird. Zu diesem Zweck wird eine Arbeitspunktsteuerung hergeleitet und verifiziert, die Arbeitspunkte identifiziert, in denen das geforderte Drehmoment bei gegebener Drehzahl und Zwischenkreisspannung mit einem Stromzeiger minimaler Länge (Maximum Torque per Current) gestellt wird. Übersteigt das geforderte Drehmoment den maximal stellbaren Drehmomentbetrag, so wird es
auf den maximal erreichbaren Wert begrenzt. Darüber hinaus muss der wirkungsgradoptimierte Arbeitspunkt in die elektrische Maschine eingeprägt werden. Dies geschieht durch eine der Arbeitspunktsteuerung unterlagerte Regelungsstruktur. Mit der "Feldorientierten Stromregelung (FOR)" und der "Direct Torque Control (DTC)" werden zwei unterlagerte Regelungsstrukturen betrachtet und miteinander verglichen. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Drehmoment- bzw. Leistungsausbeute sowie auf der Drehmomentdynamik in dem für die gesamte Regelungsstruktur kritischen Betrieb im Flussschwächbereich.

BibTeX:
@phdthesis{Meyer2010,
  author = {Meyer, Michael},
  title = {Wirkungsgradoptimierte Regelung hoch ausgenutzter Permanent-Synchronmaschinen im Antriebsstrang von Automobilen},
  school = {Universität Paderborn},
  year = {2010}
}
Meyer, M. and Böcker, J. Transient Peak Currents in Permanent Magnet Synchronous Motors for Symmetrical Short Circuits 2006 Int. Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)Taormina, Italien.Int. Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)  inproceedings  
Abstract: Abstract: To enable constant-power areas with permanent magnet synchronous motors, flux weakening has to be applied. In that mode, the inverter protection measure, e.g. in case of overcurrent, is a crucial point, since the open-circuit induced terminal voltage may exceed the allowed inverter limit. That is why a symmetrical short circuit (SSC) is currently favoured as alternative protection measure. Though the steady state short circuit current may be acceptable, this contribution shows that the transient current may seriously exceed the allowed limit. The worst case SSC will not occur during flux weakening but in regenerative operation at rated speed. Such high peak currents include the risk of permanent demagnetization of the magnets. As a result, SSC should applied only during flux weakening as protection measure, while for the lower speed range the convential converter shut down is proposed.
BibTeX:
@inproceedings{Meyer2006,
  author = {Meyer, M. and Böcker, J.},
  title = {Transient Peak Currents in Permanent Magnet Synchronous Motors for Symmetrical Short Circuits},
  booktitle = {Int. Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)},
  journal = {Int. Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)Taormina, Italien.},
  year = {2006}
}
Meyer, M. and Böcker, J. Optimum Control for Interior Permanent Magnet Synchronous Motors (IPMSM) in Constant Torque and Flux Weakening Range 2006 12th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC)Portoroz, Slowenien.12th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC)  inproceedings  
Abstract: Abstract—Interior Permanent Magnet Synchronous Motors (IPMSM) gain importance due to their high torque per volume ratio particularly for hybrid electrical vehicles. However, unlike to standard control theory, the torque control strategy for these motors is not apparently due to their reluctance torque, which is typical with interior magnet design. In this contribution, a control strategy is presented, which enables optimal torque control both in the lower speed range as well in the full flux weakening range. Operation during flux weakening, however, causes stress to the magnets of the motor with the risk of permanent demagnetization. The relations between the crucial design parameters are shown.
BibTeX:
@inproceedings{Meyer2006a,
  author = {Meyer, M. and Böcker, J.},
  title = {Optimum Control for Interior Permanent Magnet Synchronous Motors (IPMSM) in Constant Torque and Flux Weakening Range},
  booktitle = {12th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC)},
  journal = {12th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC)Portoroz, Slowenien.},
  year = {2006}
}
Meyer, M., Grote, T. and Böcker, J. Direct Torque Control for Interior Permanent Magnet Synchronous Motors with Respect to Optimal Efficiency 2007 12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference, Aalborg, Denmark12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference (EPE)  inproceedings  
Abstract: Abstract Due to their high torque and power per volume ratio, interior permanent magnet synchronous motors (IPMSM) are widespread electrical machines for traction drive applications, e.g. in the drive train of hybrid electric vehicles (HEV). IPMSM exhibit a significant degree of saliency along the rotor circumference. Thus, in order to exploit the full potential of an IPMSM drive, it is mandatory to utilize the reluctance torque. As a result, using a rotor flux oriented torque control, the clear separation between flux and torque generating currents is no longer possible, i.e. that the determination of the reference currents for the subordinated current control is rather difficult. Furthermore, drive applications demand for a wide constant power range with flux weakening ratios of up to 1:5 or even higher. However, flux weakening operation demands for additional measures to ensure that the current controllers dispose of a minimum amount of voltage reserve, which is necessary to govern transients and to compensate for disturbances. In this contribution a Direct Torque Control (DTC) structure is proposed to cope with the afore mentioned problems. In a DTC structure, torque and flux are controlled directly. Hence, the approach is very well suited for operation at saturated voltage. Furthermore, with torque and flux as control variables, it is not necessary to determine any reference currents. However, the proposed structure utilizes two Look Up Tables (LUT) for the determination of efficiency-optimal set values for flux and torque. The LUT are generated based on measurement results. So, they do already account for saturation effects. The proposed DTC structure has been implemented and verified on a test bed.
BibTeX:
@inproceedings{MeyerGroteEtAl2007,
  author = {M. Meyer and T. Grote and J. Böcker},
  title = {Direct Torque Control for Interior Permanent Magnet Synchronous Motors with Respect to Optimal Efficiency},
  booktitle = {12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference (EPE)},
  journal = {12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference, Aalborg, Denmark},
  year = {2007}
}
Njiende, H., Fröhleke, N. and Böcker, J. Optimized Size Design of Integrated Magnetic Components Using Area Product Approach 2005 EPE 2005, Dresden, Deutschland11th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Njiende2005,
  author = {Njiende, H. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Optimized Size Design of Integrated Magnetic Components Using Area Product Approach},
  booktitle = {11th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)},
  journal = {EPE 2005, Dresden, Deutschland},
  year = {2005}
}
Njiende, H., Fröhleke, N. and Cronje, W. Modeling and analysis of integrated magnetic components 2003
Vol. 1Power Electronics Specialist Conference, 2003. PESC '03. 2003 IEEE 34th Annual, pp. 283-288 vol.1 
inproceedings DOI  
Abstract: A complete modeling approach of integrated magnetic components comprising a transformer and filter inductors is presented in this contribution, which is verified on a four winding component. Impacts of the center leg and outer leg air gaps on inductances, coupling factor and output current ripple are discussed. Analytical and FEM modeling results based on geometrical, material and winding data are compared to experimental results. The complete modeling of the integrated magnetic component, also required for input and output filter design, leads to a simplified integration into simulation tools enabling pre-optimization before breadboarding.
BibTeX:
@inproceedings{Njiende,
  author = {Njiende, H. and Fröhleke, N. and Cronje, W.A.},
  title = {Modeling and analysis of integrated magnetic components},
  booktitle = {Power Electronics Specialist Conference, 2003. PESC '03. 2003 IEEE 34th Annual},
  year = {2003},
  volume = {1},
  pages = {283-288 vol.1},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/PESC.2003.1218307}
}
Njiende, H., Fröhleke, N. and Cronje, W. Modeling and analysis of integrated magnetic components 2003 EMF 2003, The 6th International Symposium on Electric and Magnetic Fields  inproceedings  
Abstract: A complete modeling approach of integrated magnetic components comprising a transformer and filter inductors is presented in this contribution, which is verified on a four winding component. Impacts of the center leg and outer leg air gaps on inductances, coupling factor and output current ripple are discussed. Analytical and FEM modeling results based on geometrical, material and winding data are compared to experimental results. The complete modeling of the integrated magnetic component, also required for input and output filter design, leads to a simplified integration into simulation tools enabling pre-optimization before breadboarding.
BibTeX:
@inproceedings{Njiende2003,
  author = {Njiende, H. and Fröhleke, N. and Cronje, W.A.},
  title = {Modeling and analysis of integrated magnetic components},
  booktitle = {EMF 2003, The 6th International Symposium on Electric and Magnetic Fields},
  year = {2003}
}
Njiende, H.D., Fröhleke, N. and Böcker, J. Derivation of Integrated Magnetic Components using Reluctance and Mathematical Modeling 2004 PESC 2004, Aachen, Germany35th IEEE Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Njiende2004,
  author = {Njiende, H. D. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Derivation of Integrated Magnetic Components using Reluctance and Mathematical Modeling},
  booktitle = {35th IEEE Power Electronics Specialists Conference and Exhibition (PESC)},
  journal = {PESC 2004, Aachen, Germany},
  year = {2004}
}
Notker, A., Böcker, J. and Prenner, F. Active Damping of Drive Train Oscillations for an Electrically Driven Vehicle 2004 IEEE / ASME Transactions on Mechatronics
Vol. 9 
article  
BibTeX:
@article{Notker2004,
  author = {Notker, A. and Böcker, J. and Prenner, F.},
  title = {Active Damping of Drive Train Oscillations for an Electrically Driven Vehicle},
  journal = {IEEE / ASME Transactions on Mechatronics},
  year = {2004},
  volume = {9}
}
Paiz, C., Hagemeyer, J., Pohl, C., Porrmann, M., Rückert, U., Schulz, B., Peters, W. and Böcker J. FPGA-based realization of self-optimizing drive-controllers 2009 Industrial Electronics, 2009. IECON '09. 35th Annual Conference of IEEEIndustrial Electronics, 2009. IECON '09. 35th Annual Conference of IEEE, pp. 2848 -2853  inproceedings DOI  
Abstract: An FPGA (Field Programmable Gate Array) implementation and suitable power electronics can lead to a fast torque response in motion drive applications. However, when the controller parameters or its structure have to be adapted to internal and external varying conditions, e.g., when a self-optimizing control system is pursued, a static implementation might not lead to the best utilization of reconfigurable resources. This contribution outlines the implementation of a self-optimizing system composed of several possible hardware and software realizations of controllers for a permanent magnet servo motor. How well a specific controller realization is suited to the current situation is evaluated based on control quality and realization effort (i.e., CPU time, reconfigurable area). A System-on-Chip architecture is presented, which enables an on-line exchange of FPGA- and CPU-based realizations of controllers to optimize resource utilization and control quality. It is shown that by using dynamic hardware reconfiguration, such self-optimizing controller can be implemented based on FPGA technology. Furthermore, the design-flow including self-developed tools is outlined. Experimental results show that the proposed scheme works satisfactory.
BibTeX:
@inproceedings{PaizHagemeyerPohlEtAl2009,
  author = {Paiz, C. and Hagemeyer, J. and Pohl, C. and Porrmann, M. and Rückert, U. and Schulz, B. and Peters, W. and Böcker, J.,},
  title = {FPGA-based realization of self-optimizing drive-controllers},
  booktitle = {Industrial Electronics, 2009. IECON '09. 35th Annual Conference of IEEE},
  journal = {Industrial Electronics, 2009. IECON '09. 35th Annual Conference of IEEE},
  year = {2009},
  pages = {2848 -2853},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2009.5415402}
}
Paradkar, M. and Böcker, J. Design of a high performance ferrite magnet-assisted synchronous reluctance motor for an electric vehicle 2012 IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, pp. 4099-4103  inproceedings DOI  
Abstract: A high performance 55kW (peak) ferrite-based permanent magnet-assisted synchronous reluctance motor has been designed for an electric vehicle application. The design steps are outlined. Ferrite magnets have been chosen over conventional NdFeB due to cost issues. It is shown by finite element analysis that even under peak load conditions the ferrite magnets are safe from irreversible demagnetization. Key performance indicators for the motor are listed for the entire speed range. It is shown that a design of a high power density machine is possible even in the absence of NdFeB magnet.
BibTeX:
@inproceedings{Paradkar2012,
  author = {Paradkar, M. and Böcker, J.},
  title = {Design of a high performance ferrite magnet-assisted synchronous reluctance motor for an electric vehicle},
  booktitle = {IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society},
  year = {2012},
  pages = {4099-4103},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2012.6389234}
}
Peter, K. and Böcker, J. Minimierung niederfrequenter Oberschwingungen in Pulsmustern für 2-Level Umrichter in Antriebssystemen mittels winkelmodulierter Partikel Schwarm Optimierung 2013 Internationaler ETG-Kongress  inproceedings  
Abstract: Werden hochtourige Drehstromantriebe mit einer feldorientierten Regelung betrieben, ist es aufgrund der relativ niedri-
gen Pulszahl erforderlich, diese in Verbindung mit einer synchronisierten Pulsweitenmodulation (SPWM) einzusetzen.
Die auf die Grundschwingung bezogenen niederfrequenten Oberschwingungen, die in den resultierenden Spannungen
und Strömen enthalten sind, tragen zu einer nicht unwesentlichen Erhöhung der Gesamtverluste im Antriebssystem bei.
Um diese zu reduzieren, bietet es sich an, harmonisch optimierte Pulsmuster einzusetzen. Dazu wird in diesem Beitrag
zunächst ein neues Offline-Verfahren zur harmonischen Optimierung von binären Pulsmustern vorgestellt und im An-
schluss daran aufgezeigt, wie die Regelungsstruktur erweitert werden muss, damit ein Antriebssystem, bestehend aus
einem 2-Level Wechselrichter und einer permanenterregten Synchronmaschine, mit den berechneten Pulsmustern be-
trieben werden kann.
BibTeX:
@inproceedings{Peter2013,
  author = {Klaus Peter and Joachim Böcker},
  title = {Minimierung niederfrequenter Oberschwingungen in Pulsmustern für 2-Level Umrichter in Antriebssystemen mittels winkelmodulierter Partikel Schwarm Optimierung},
  booktitle = {Internationaler ETG-Kongress},
  year = {2013}
}
Peters, A., Romaus, C., c. Henke and Böcker, J. Linearantriebstechnik mit inhärenter kontaktloser Energieübertragung 2011 6. Fachveranstaltung Kontaktlose Energiübertragung - Stand der Technik  inproceedings  
Abstract: Das Potential zur Energieübertragung vom Stator zum Läufer eines doppelt gespeisten Asynchron-Linearmotors, der als Antrieb eines autonomen Schienenfahrzeuges dient, ist für unterschiedliche Betriebsarten erforscht worden. Die Regelung der Kraft und Energieübertragung bei Relativbewegungen mehrerer Fahrzeuge auf einem Statorabschnitt (Konvoi), sowie die Synchronisation der Felder von Fahrzeugen und Strecke wird behandelt. Ein intelligentes Energiemanagement, basierend auf Methoden der Mehrzieloptimierung, in Verbindung mit einem hybriden Energiespeicher wird vorgestellt.
BibTeX:
@inproceedings{PetersRomausHenkeEtAl2011,
  author = {A. Peters and C. Romaus and c. Henke and J. Böcker},
  title = {Linearantriebstechnik mit inhärenter kontaktloser Energieübertragung},
  booktitle = {6. Fachveranstaltung Kontaktlose Energiübertragung - Stand der Technik},
  year = {2011}
}
Peters, W. Realisierung einer FPGA-basierten Antriebsregelung für einen Drehstrommotor unter Einbeziehung von Delta-Sigma-Analog-Digital-Umsetzern 2008 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
Abstract: Aufgabenstellung: Durch den Einsatz von speziell optimierten Mikro-Controllern wurden digitale Antriebsregler schon vor vielen Jahren zum industriellen Standard. Diese Mikro-Controller besitzen neben ihren Speicher, Analog-Digital-Konverter, spezielle Module für die Auswertung von Lagegebersignalen sowie die Generierung von pulsweitenmodulierten Ansteuersignalen für die Leistungshalbleiter. Aber genau diese besonderen Module für antriebstechnische Anwendungen stellen für viele neuartige Regelungen eine unzweckmäßige Einschränkung dar. Alternative Module lassen sich in die statische Mikro-Controller- Architektur nicht integrieren. In einigen Einzelfällen werden solche alternative Module in einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis realisiert, den so genannten ASICs. Durch den Einsatz von programmierbaren Logikbausteinen (FPGA) können alternative Module in einer konkreten Anwendung optimal ausgewählt und eingesetzt werden. Darüber hinaus eignen sich solche Bausteine auch für die Realisierung von besonders todzeitarmen digitalen Regelungen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollen für ein Entwicklungssystem mit programmierbaren Logikbausteinen, einer vorhandene Leistungselektronik und Signalerfassung Module für den FPGA geschaffen werden, die sich in ein gegebenes FPGA-Design integrieren lassen. Die Auswertung der Motorströme durch den speziellen Analog-Digital-Konverter (DS- ADC) sowie die Auswertung des Lagegebersignals und die Generierung der Schaltsignale für die Leistungselektronik besitzen dabei eine besondere Bedeutung. Um die Funktion der einzelnenModule zu untersuchen, sind bestehende Regelungen in das FPGA-Design zu integrieren. Die Wiederverwendbarkeit der im Rahmen dieser Arbeit erstellten Funktionsmodule ist ein entscheidendes Kriterium für die Bewertung der Module. Darüber hinaus sind die Signallaufzeiten sowie Ressourcenbedarf von großer Bedeutung. Die Funktionsfähigkeit der zu entwickelnden Hardwarestrukturen ist durch geeignete Messungen zu dokumentieren.
BibTeX:
@mastersthesis{Peters2008,
  author = {Wilhelm Peters},
  title = {Realisierung einer FPGA-basierten Antriebsregelung für einen Drehstrommotor unter Einbeziehung von Delta-Sigma-Analog-Digital-Umsetzern},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2008},
  note = {Katalog-Nr. DA 24},
  url = {file://lealiteratur\VortraegeLEA_Seminar008}
}
Peters, W. and Böcker, J. Discrete-Time Design of Adaptive Current Controller for Interior Permanent Synchronous Motors (IPMSM) with High Magnetic Saturation 2013 IECON 2013 - 39th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{WPeters2013,
  author = {Peters, W. and Böcker, J.},
  title = {Discrete-Time Design of Adaptive Current Controller for Interior Permanent Synchronous Motors (IPMSM) with High Magnetic Saturation},
  booktitle = {IECON 2013 - 39th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society},
  year = {2013}
}
Peters, W., Huber, T. and Böcker, J. Control Realization for an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM) in Automotive Drive Trains 2011 PCIM 2011  inproceedings  
Abstract: The specific requirements for electrical automotive traction drives are a wide speed range, a wide constant-power operation range and high efficiency. In this paper a suitable control scheme is presented that ensures good dynamics, stability and high efficiency in the whole operation range. The focus is on the regular-sampled current control design, which requires a precise discrete-time model including the effect of a small number of sampling instants per electrical rotation. A suitable model as well as an adequate controller design is presented. The control is realized and evaluated by experimental results.
BibTeX:
@inproceedings{PetersHuber2011,
  author = {Wilhelm Peters and Tobias Huber and Joachim Böcker},
  title = {Control Realization for an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM) in Automotive Drive Trains},
  booktitle = {PCIM 2011},
  year = {2011}
}
Peters, W., Schulz, B., Mathapati, S. and Böcker, J. Regular-sampled current measurement in AC drives using delta-sigma modulators 2009 Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on, pp. 1-9  inproceedings  
Abstract: A delta-sigma modulator converts an analog input signal into a high-frequency stream of single bits with out-off band noise. A high-resolution signal is extracted from the bit-stream with an appropriate low pass filter. The paper emphasizes on the utilization of SincK-filters as low pass filter and proposes a sampling method that is synchronized with the controller to incorporate a regular sampling. The paper also covers the detailed analysis of SincK-filters (known as decimation filter) with different decimation ratios and filter orders, and a detailed analysis of the impulse response for the synchronization of the filter with the controller. The SincK-filter is integrated into a field-oriented control for permanent magnet synchronous motors. The whole system is realized on a FPGA-based control platform. The performance is validated by experimental results.
BibTeX:
@inproceedings{PetersSchulz2009,
  author = {Peters, W. and Schulz, B. and Mathapati, S. and Böcker, J.},
  title = {Regular-sampled current measurement in AC drives using delta-sigma modulators},
  booktitle = {Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on},
  year = {2009},
  pages = {1-9}
}
Peters, W., Wallscheid, O. and Böcker, J. A precise open-loop torque control for an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) considering iron losses 2012 IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, pp. 2877-2882  inproceedings DOI  
Abstract: Interior permanent magnet synchronous motors (IPMSM) are preferentially chosen as traction drives for electric vehicles due to their high power and torque density. In a field-oriented control scheme an operation point selection strategy is required to choose appropriate current set points to generate the requested torque with high precision and optimal efficiency. Although the currents are controlled in terms of a closed-loop control, the operation point selection is an open-loop torque control. Thus a precise motor model considering the impact of saturation effects and iron losses is required to estimate appropriate current set points. This paper proposes a lookup-table (LUT) based operation point selection. The lookup-tables are generated offline using the Maximum Efficiency (ME) strategy considering saturation effects and iron losses.
BibTeX:
@inproceedings{WPeters2012,
  author = {Peters, W. and Wallscheid, O. and Böcker, J.},
  title = {A precise open-loop torque control for an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) considering iron losses},
  booktitle = {IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society},
  year = {2012},
  pages = {2877-2882},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2012.6389438}
}
Peters, W., Wallscheid, O. and Böcker, J. Current controller with defined dynamic behavior for an interior permanent magnet synchronous motor 2011 IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, pp. 534-538  inproceedings DOI  
Abstract: Typically traction and electronic stability programs (ESP) as well as drive train oscillation damping applications in electrical vehicles are realized in a cascaded control structure with the current control as innermost loop. The current control dynamic, however, is usually varying due to nonlinear effects as controller output saturation and changing motor parameters. In this paper a current control scheme is presented that ensures a well defined dynamic behavior despite these nonlinear effects. As a consequence, the design of superimposed control loops is simplified due to the well known linear dynamics, which in turn can be beneficial with respect to the performance of the entire control loop.
BibTeX:
@inproceedings{WPeters2011,
  author = {Peters, W. and Wallscheid, O. and Böcker, J.},
  title = {Current controller with defined dynamic behavior for an interior permanent magnet synchronous motor},
  booktitle = {IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society},
  year = {2011},
  pages = {534-538},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2011.6119367}
}
Pohlenz, D. and Böcker, J. Efficiency improvement of an IPMSM using Maximum Efficiency operating strategy 2010 Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14th International, pp. T5-15-T5-19  inproceedings DOI  
Abstract: Interior permanent magnet synchronous machines (IPMSM) are preferably used for traction drives in electric vehicles. These are characterized by high efficiency and high torque as well as power density. The generation of reference currents for the field-oriented control is realized by look up tables (LUT). In these LUT the entire machine characteristic is described. The reference currents are selected on the basis of different operating strategies. The Maximum Torque Per Current (MTPC) method, which minimizes the magnitude of the current at a given torque, is the most common strategy in the constant torque range. It can be proven by measurements on a real motor that the MTPC method deviates considerably from the best efficiency under certain boundary conditions. The use of the Maximum Efficiency (ME) method increases the drive efficiency in comparison to the MTPC up to 0.3% at the same torque level. The ME characteristic however, has to be changed with the machine speed. Using the ME method, the gain of efficiency is small but it can be achieved with minor adaptions of a LUT in the machine control.
BibTeX:
@inproceedings{Pohlenz2010,
  author = {Pohlenz, D. and Böcker, J.},
  title = {Efficiency improvement of an IPMSM using Maximum Efficiency operating strategy},
  booktitle = {Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14th International},
  year = {2010},
  pages = {T5-15-T5-19},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/EPEPEMC.2010.5606831}
}
Pottharst, A., Baptist, K., Schütze, O., Böcker, J., Fröhleke, N. and Dellnitz, M. Operating Point Assignment of a Linear Motor Driven Vehicle Using Multiobjective Optimization Methods 2004 11th International Power Electronics and Motion Control Conferences, EPE-PEMC 2004, Riga, Latvia.11th Int. Power Electronics and Motion Control Conferences (EPE-PEMC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Pottharst2004a,
  author = {Pottharst, A. and Baptist, K. and Schütze, O. and Böcker, J. and Fröhleke, N. and Dellnitz, M.},
  title = {Operating Point Assignment of a Linear Motor Driven Vehicle Using Multiobjective Optimization Methods},
  booktitle = {11th Int. Power Electronics and Motion Control Conferences (EPE-PEMC)},
  journal = {11th International Power Electronics and Motion Control Conferences, EPE-PEMC 2004, Riga, Latvia.},
  year = {2004}
}
Pottharst, A. and Grotstollen, H. Distributed Control Structure of the NBP Test Track with Linear Motor Driven Vehicles 2005 International Embedded Systems Symposium, August 15-17, 2005, Manaus, Brasil.Int. Embedded Systems Symposium, pp. 235-243  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Pottharst2005,
  author = {Pottharst, A. and Grotstollen, H.},
  title = {Distributed Control Structure of the NBP Test Track with Linear Motor Driven Vehicles},
  booktitle = {Int. Embedded Systems Symposium},
  journal = {International Embedded Systems Symposium, August 15-17, 2005, Manaus, Brasil.},
  year = {2005},
  pages = {235--243}
}
Pottharst, A. and Grotstollen, H. Radio Based Control of a Linear Motor for the NBP Railway System 2003 ISICT 2003, 5th International Symposium on Instrumentation and Control Technology  inproceedings  
Abstract: In the course of the NBP (Neue Bahntechnik Paderborn) project a testing plant is used for investigations on autonomous railway vehicles (shuttles) driven by linear motors. At the testing plant the linear motors are of the doubly-fed long-stator type which is used to transfer energy to the shuttles. In accordance with the two parts of the linear motor being distributed to the vehicles and the track the drive control hardware consists of different units which are distributed to stationary plants and moving
shuttles. Communication between these control units cannot be performed but by radio transmission which is a demanding task because strong realtime requirements of drive control must be fulfilled.
BibTeX:
@inproceedings{Pottharst2003,
  author = {Pottharst, A. and Grotstollen, H.},
  title = {Radio Based Control of a Linear Motor for the NBP Railway System},
  booktitle = {ISICT 2003, 5th International Symposium on Instrumentation and Control Technology},
  year = {2003}
}
Pottharst, A., Henke, C., Schneider, T., Böcker, J. and Grotstollen, H. Drive Control and Position Measurement of RailCab Vehicles Driven by Linear Motors 2006 Int. Symposium on Instrumentation and Control Technology (ISICT), Beijing, China.The 6th Int. Symposium on Instrumentation and Control Technology (ISICT)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Pottharst2006,
  author = {Pottharst, A. and Henke, C. and Schneider, T. and Böcker, J. and Grotstollen, H.},
  title = {Drive Control and Position Measurement of RailCab Vehicles Driven by Linear Motors},
  booktitle = {The 6th Int. Symposium on Instrumentation and Control Technology (ISICT)},
  journal = {Int. Symposium on Instrumentation and Control Technology (ISICT), Beijing, China.},
  year = {2006}
}
Pottharst, A., Schulz, B. and Böcker, J. Kommunikationssystem einer Anlage mit doppelt gespeistem Linearmotor 2004 SPS/IPC/DRIVES 2004, Nürnberg, DeutschlandSPS/IPC/DRIVES  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Pottharst2004,
  author = {Pottharst, A. and Schulz, B. and Böcker, J.},
  title = {Kommunikationssystem einer Anlage mit doppelt gespeistem Linearmotor},
  booktitle = {SPS/IPC/DRIVES},
  journal = {SPS/IPC/DRIVES 2004, Nürnberg, Deutschland},
  year = {2004}
}
Preckwinkel, H., Bünte, A., Böcker, J., Fröhleke, N. and Dora, K. A Novel Low Cost Solar Central Inverters Topology With 99.2 % Efficiency 2013 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)  inproceedings  
Abstract: For solar central inverters, high efficiency is still a very important issue. It increases the yield, but
even more important, it reduces the thermal stress of all components, minimizes the cooling effort or
allows higher ambient temperatures. The main challenge is not only to reach high peak efficiency in
one operation point but more to provide a good performance over the whole voltage and power range.
In this contribution, a new topology for central inverters connected to the medium-voltage grid is
presented, analyzed and practically examined. Measurements on a 100 kW prototype prove this
concept by an excellent high and flat efficiency graph peaking at 99.2 %. This result is obtained with
conventional silicon semiconductors.
BibTeX:
@inproceedings{PreckwinkelEtAl2013,
  author = {Heiko Preckwinkel and Andreas Bünte and Joachim Böcker and Norbert Fröhleke and Krishna Dora},
  title = {A Novel Low Cost Solar Central Inverters Topology With 99.2 % Efficiency},
  booktitle = {Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)},
  year = {2013}
}
Preckwinkel, H., Krishna, D., Fröhleke, N. and Böcker, J. Entwicklung eines hocheffizienten Photovoltaikwechselrichters für den Leistungsbereich von 100 bis 500 kW 2011 Internationaler ETG-Kongress 2011, Würzburg, Germany  inproceedings  
Abstract: In den letzten Jahren wurde viel Entwicklungsarbeit für photovoltaische Einspeisewechselrichter geleistet. Immer noch sind die Senkung der Systemkosten und die Verbesserung des Wirkungsgrades die wichtigsten Ziele. Dieser Beitrag analysiert und vergleicht verschiedene Wechselrichtertopologien, welche für hocheffiziente photovoltaische Zentralwechselrichter im Leistungsbereich 100-500 kW in Frage kommen. Es wird gezeigt, dass auch mit heutigem Stand der Technik europäische Wirkungsgrade bis 98,9 % ohne neue Halbleitertechnologien zu erreichen sind. Die Arbeit umfasst Recherche, Simulation von Halbleiterverlusten sowie Modellierung der Eisen- und Kupferverluste der eingesetzten Filterinduktivitäten. Diese sorgfältige Verlustmodellierung der einzelnen Komponenten ermöglicht, die Verluste des Gesamtsystems in Abhängigkeit der Betriebsparameter wie Schaltfrequenz, Zwischenkreisspannung und Ausgangsstrom genau zu bestimmen. Die anschließende Bewertung der Topologien erfolgt dabei nicht nur anhand der erreichbaren Wirkungsgrade, sondern auch im Hinblick auf Realisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Nach Auswahl der besten Topologien werden Prototypen aufgebaut, um die simulierten Ergebnisse zu verifizieren.

During the last years a lot of research has been dedicated to PV-inverters. Up to now, the main goals are to increase efficiency and to minimize the costs of the system. This paper analyzes different topologies for PV-inverters in a power range of 100-500 kW. A practical approach will be presented to achieve European efficiency of 98.9 % without using new semiconductor technologies. The work includes search of topologies, simulation of semiconductor losses, as well as modeling of filter inductor iron and copper losses. Thorough modeling leads to accurate results of efficiencies depending of switching frequency, DC-voltage and output current. The final ranking of the considered topologies is not only done with regard to efficiency but also to technical feasibility and economy. Prototypes of the most promising topologies are built up to verify the simulation results.

BibTeX:
@inproceedings{Preckwinkel2011a,
  author = {Preckwinkel, Heiko and DVMM Krishna and Fröhleke, Norbert and Böcker, Joachim},
  title = {Entwicklung eines hocheffizienten Photovoltaikwechselrichters für den Leistungsbereich von 100 bis 500 kW},
  booktitle = {Internationaler ETG-Kongress 2011, Würzburg, Germany},
  year = {2011}
}
Preckwinkel, H., Krishna, D., Fröhleke, N. and Böcker, J. Photovoltaic inverter with high efficiency over a wide operation area - a practical approach 2011 IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, pp. 912 -917  inproceedings DOI  
BibTeX:
@inproceedings{Preckwinkel2013,
  author = {Preckwinkel, H. and Krishna, D.V.M.M. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Photovoltaic inverter with high efficiency over a wide operation area - a practical approach},
  booktitle = {IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society},
  year = {2011},
  pages = {912 -917},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IECON.2011.6119432}
}
Radkowski, R. and Henke, C. Einsatz von Virtual Reality zur Untersuchung realer und simulierter mechatronischer Systeme am Beispiel der neuen Bahntechnik Paderborn 2007 10. IFF-Wissenschaftstage, 27.-28. Juni 2007, Magdeburg10.IFF-Wissenschaftstage  inproceedings  
Abstract: 1. Einleitung An der Universität Paderborn wird in der Arbeitsgruppe Neue Bahntechnik Paderborn (NBP) ein neuartiges Schienenverkehrssystem mit Namen RailCab entwickelt. Kern des Konzeptes sind kleine Fahrzeuge, die so genannten RailCabs. Die RailCabs fahren autonom im Streckennetz, sie werden bei Bedarf angefordert und steuern ihr Ziel ohne Zwischenstopp an. Der Antrieb erfolgt mittels eines Wandermagnetfeldes berührungslos über einen linearen Direktantrieb. Der Linearantrieb kann in das bestehende Schienensystem integriert werden, somit bleibt die bestehende Infrastruktur weiterhin nutzbar. Die einzelnen Fahrzeuge schließen sich während der Fahrt zu ungekoppelten Konvois zusammen. Dadurch wird der Streckendurchsatz erhöht und der Energiebedarf verringert; die Fahrzeuge nutzen den Windschatten des vorherfahrenden Fahrzeuges. Die Energieeinsparung wird umso größer, je länger der Konvoi ist. [Trä06], [Lüc00] Um das Bahnkonzept unter realitätsnahen Bedingungen zu untersuchen, wurde an der Universität Paderborn eine Teststrecke im Maßstab 1:2,5 gebaut (Bild 1), deren Länge beträgt ca. 530 Meter. Bild
BibTeX:
@inproceedings{RadkowskiHenke2007,
  author = {R. Radkowski and C. Henke},
  title = {Einsatz von Virtual Reality zur Untersuchung realer und simulierter mechatronischer Systeme am Beispiel der neuen Bahntechnik Paderborn},
  booktitle = {10.IFF-Wissenschaftstage},
  journal = {10. IFF-Wissenschaftstage, 27.-28. Juni 2007, Magdeburg},
  year = {2007}
}
Romaus, C. Selbstoptimierende Betriebsstrategien für ein hybrides Energiespeichersystem aus Batterien und Doppelschichtkondensatoren 2013 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  phdthesis  
Abstract: Elektro- und Hybridfahrzeuge stellen hohe Anforderungen an die Spitzenleistung, Reichweite und Effizienz der Energiespeichertechnik. Ein hybrides Energiespeichersystem, welches die hohe Energiedichte von Batterien mit der hohen Leistungsdichte und Zyklenfestigkeit von Doppelschichtkondensatoren kombiniert, erfüllt diese Anforderungen ausgezeichnet.

Durch die Hybridisierung ergeben sich Freiheitsgrade und somit Optimierungspotenziale hinsichtlich der Systemstruktur, der Bemessung der Komponenten und insbesondere des Entwurfs von Betriebsstrategien für die Leistungsaufteilung auf die beiden Energiespeicher. Anhand der Anwendungsbeispiele des autonomen Schienenverkehrssystems RailCab und eines Elektrostraßenfahrzeugs werden Methoden zur Nutzung dieser Freiheitsgrade vorgestellt und bewertet.

Die Struktur des hybriden Energiespeichersystems wird über einen Vergleich verschiedener Alternativen festgelegt. Eine parallele Anbindung beider Speicher an das Bordnetz über einen eigenen Leistungssteller stellt die vorteilhafteste Variante für die Anwendungen dar.

Die Bemessung der Komponenten erfolgt für das RailCab heuristisch, für das Elektrofahrzeug über eine Parameterstudie diskreter Speicherauslegungen und die Berechnung optimaler Strategien anhand typischer Fahrspiele. In beiden Fällen kann das Gewicht des Energiespeichers durch Hybridisierung um mindestens 30% reduziert und gleichzeitig die Leistungsdichte signifikant um 70-230% gesteigert werden.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung intelligenter Betriebsstrategien auf Basis mathematischer Optimierungsverfahren. Dabei werden zwei gegenläufige Ziel-funktionen berücksichtigt. Es werden optimale und stochastische Ansätze untersucht.

Mit dem im Sonderforschungsbereich~614 entwickelten Konzept der Selbstoptimierung werden selbstoptimierende Betriebsstrategien entworfen, die sich dadurch auszeichnen, dass sie ihr Zielsystem selbsttätig zur Laufzeit an variable Umfeld- und Systembedingungen anpassen. Durch die flexible Auswahl der in der jeweiligen Situation relevanten Zielaus-prägung wird eine Ergebnisqualität erreicht, die deutlich über die Qualität klassischer Strategien mit statischem Zielsystem hinausgeht. Dies wird anhand von Anwendungsbeispielen gezeigt, bei denen zum einen durch Aufbau einer Reserve für Spitzenleistung unvorhergesehene bzw. kritische Fahrsituationen sicher bewältigt werden, während auf unkritischen Fahrprofilen eine hohe Effizienz und eine Verlustreduktion von bis zu 40 % gegenüber einem reinen Batteriesystem erzielt werden.

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Electric and hybrid-electric vehicles place high demands for peak power, energy content and efficiency on energy storage technology. A hybrid energy storage system combining the high specific energy of batteries and the high specific power and cycle stability of double layer capacitors excellently meets these demands.

With two independent energy storage components, degrees of freedom and thus potential for optimization arise with regard to the system structure, the sizing of the components and particularly the design of energy management strategies for the distribution of power to both storages. The development of appropriate methods is demonstrated and rated by the examples of the autonomously operated railway system RailCab and an electric car.

The structure of the hybrid energy storage system is determined by technical comparison of several alternatives. For the considered applications, a parallel connection of both storages by separate power converters is particularly advantageous.

Dimensioning of the components is carried out heuristically for the RailCab and by a parametric study of discrete storage sizes for the electric car, using optimal strategies and typical driving cycles. In both cases, by hybridization the weight of the storage can be reduced by at least 30 % and simultaneously the specific power can be increased significantly by 70-230 %.

The main focus of this thesis is on the development of intelligent energy management strategies based on mathematical optimization methods. Two competing objective functions are considered. Optimal and stochastic approaches are investigated.

Applying the concept of self-optimization developed in Collaborative Research Center 614, self-optimization energy management strategies are composed which are characterized by the ability to adapt their system of objectives to continuously varying surroundings and system conditions during runtime. By flexible rating of the objectives relevant to the respective situation, the quality of results is distinctly enhanced compared to classic strategies with static system of objectives. This is demonstrated using the application examples: By establishing a power reserve, unexpected or critical driving situations can be safely handled, while on uncritical driving profiles a high efficiency and a loss reduction up to 40 % compared to a pure battery can be achieved.

BibTeX:
@phdthesis{Romaus2013,
  author = {Christoph Romaus},
  title = {Selbstoptimierende Betriebsstrategien für ein hybrides Energiespeichersystem aus Batterien und Doppelschichtkondensatoren},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2013}
}
Romaus, C., Böcker, J., Witting, K., Seifried, A. and Znamenshchykov, O. Optimal Energy Management for a Hybrid Energy Storage System Combining Batteries and Double Layer Capacitors 2009 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 1640-1647  inproceedings DOI  
Abstract: Many mobile vehicular applications like hybrid- electrical cars and autonomous rail vehicles require an on- board energy storage for operation. High demands concerning power and energy density, small volume and weight at the same time cannot be satisfied solely by batteries or double layer capacitors. A suitable approach is to combine storage technologies with complementary characteristics as a hybrid energy storage system. Thus, long term storage like batteries featuring high energy density can be combined with short term storage like double layer capacitors offering high power density and high cycliability. To control the power flows of the system, we propose the use of self-optimization methods involving multi-objective and discrete optimization to design an operating strategy which is able to adapt the system behavior to different conditions not only by adapting its parameters but also its objectives, offering an optimal operation in different situations.
BibTeX:
@inproceedings{Romaus2009,
  author = {Christoph Romaus and Joachim Böcker and Katrin Witting and Albert Seifried and Oleksiy Znamenshchykov},
  title = {Optimal Energy Management for a Hybrid Energy Storage System Combining Batteries and Double Layer Capacitors},
  booktitle = {Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)},
  year = {2009},
  pages = {1640-1647},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316428}
}
Romaus, C., Gathmann, K. and Böcker, J. Optimal Energy Management for a Hybrid Energy Storage System for Electric Vehicles Based on Stochastic Dynamic Programming 2010 Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC 2010)  inproceedings URL 
Abstract: For electric and hybrid electric cars, commonly nickel-metal hydride and lithium-ion batteries are used as energy storage. The size of the battery depends not only on the driving range, but also on the power demands for accelerating and braking and life-time considerations. This becomes even more apparent with short driving ranges, e.g. in commuter traffic. By hybridization of the storage, adding double layer capacitors, the battery can be relieved from the stress of peak power and even downsized to the energy demands instead of power demands. The dimensioning of the storage is performed by a parametric study via Deterministic Dynamic Programming. To determine an energy management to control the power flows to the storage online during operation which considers the stochastic influences of traffic and the driver, Stochastic Dynamic Programming is investigated and compared to the optimal strategy found during the dimensioning.
BibTeX:
@inproceedings{Romaus2010,
  author = {Christoph Romaus and Kai Gathmann and Joachim Böcker},
  title = {Optimal Energy Management for a Hybrid Energy Storage System for Electric Vehicles Based on Stochastic Dynamic Programming},
  booktitle = {Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC 2010)},
  year = {2010},
  url = {file://lealiteratur\pdfLEA010010_VPPC_Vortrag_OptimalEnergyManagementForHES.pptx}
}
Romaus, C., Wimmelbücker, D., Stille, K.S. and Böcker, J. Self-Optimization Energy Management Considering Stochastic Influences for a Hybrid Energy Storage of an Electric Road Vehicle 2013 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC)  inproceedings  
Abstract: Electric and hybrid-electric vehicles place high demands for peak power, energy content and efficiency on the energy storage. By hybridization of the storage, adding double layer capacitors, the battery can be relieved from the stress of peak power and even downsized to meet only energy demands instead of power demands. Thus, the storage weight and losses can be significantly reduced. An energy management to distribute the power to both storages can be mathematically optimized applying Stochastic Dynamic Programming (SDP), considering stochastic influences of the driving process. To handle different conditions and driving cycles, we propose self-optimization control strategies involving multi-objective optimization. These strategies are able to autonomously adapt their behavior and relevance of objectives, offering an optimal and secure operation in different situations. Index Terms—Dynamic programming, electric vehicle, energy management, hybrid energy storage system, self-optimization
BibTeX:
@inproceedings{RomausWimmelbueckerStilleEtAl2013,
  author = {Christoph Romaus and Dominik Wimmelbücker and Karl Stephan Stille and Joachim Böcker},
  title = {Self-Optimization Energy Management Considering Stochastic Influences for a Hybrid Energy Storage of an Electric Road Vehicle},
  booktitle = {IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC)},
  year = {2013}
}
Schafmeister, F., Wang, X., Grote, T. and Ide, P. Scalable multi phase interleaved boundary mode PFC concept enabling energy- and cost efficient PSUs in the kW-range 2010 Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE International Symposium on, pp. 3831-3835  inproceedings DOI  
Abstract: A new concept of an interleaved multi phase power factor correction (PFC) rectifier which is operating at the boundary of discontinuous to continuous conduction mode (DCM/CCM boundary) is presented in this paper. DCM or DCM/CCM boundary mode operation of boost PFC topologies inherently avoids reverse recovery losses within the switching diodes which do occur at conventional CCM operation. This offers the possibility to employ cheaper Si- instead of high-performance SiC diodes (as required for efficient CCM operation) and, at the same time is even more energy efficient. Based on digital control this paper introduces a new extended concept of interleaving four or more boost phases in boundary mode operation yielding a modular PFC approach which is N times scalable with respect to the desired output power. Experimental results of a 1500W prototype PFC converter verify the proposed concept.
BibTeX:
@inproceedings{Schafmeister2010,
  author = {Schafmeister, F. and Xudong Wang and Grote, T. and Ide, P.},
  title = {Scalable multi phase interleaved boundary mode PFC concept enabling energy- and cost efficient PSUs in the kW-range},
  booktitle = {Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE International Symposium on},
  year = {2010},
  pages = {3831-3835},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ISIE.2010.5637495}
}
Schneider, T. Traktionsantrieb mit linearem geschalteten Reluktanzmotor für ein autonomes Bahnfahrzeug 2014 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  phdthesis  
BibTeX:
@phdthesis{Schneider2014,
  author = {Tobias Schneider},
  title = {Traktionsantrieb mit linearem geschalteten Reluktanzmotor für ein autonomes Bahnfahrzeug},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2014}
}
Schneider, T., Schulte, C., Mathapati, S. and B"øcker, J. Energy Transfer with Doubly-Excited Switched Reluctance Drive 2010 Proc. International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Schneider2010,
  author = {Tobias Schneider and Christoph Schulte and Shashidhar Mathapati and Joachim B"øcker},
  title = {Energy Transfer with Doubly-Excited Switched Reluctance Drive},
  booktitle = {Proc. International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM)},
  year = {2010}
}
Schneider, T., Schulz, B., Henke, C. and Böcker, J. Redundante Positionserfassung für ein spurgeführtes linearmotorgetriebenes Bahnfahrzeug 2006 Workshop Entwurf mechatronischer Systeme, Heinz-Nixdorf-Institut, Universität PaderbornWorkshop Entwurf mechatronischer Systeme, Heinz-Nixdorf-Institut, Universität Paderborn  inproceedings  
Abstract: Zusammenfassung Auf einer Versuchsanlage der Universität Paderborn wird der autonome Betrieb von spurgeführten Fahrzeugen (Railcabs) erforscht. Einen wesentlichen Aspekt stellt dabei die Regelung von doppelt gespeisten Asynchron-Linearantrieben dar. Eine Herausforderung ergibt sich aus den räumlich verteilten Motorkomponenten. Die Schubkrafterzeugung setzt eine phasenrichtige Abstimmung der Wanderwellen der Läufer- und Statorsegmente voraus. Im Hinblick auf einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des Linearantriebs wird in diesem Beitrag neben den redundanten Sensorsystemen auch ein Algorithmus zur Verbesserung der Antriebsregelung vorgestellt. Ausgehend vom Modell des doppelt gespeisten Linearantriebs werden in Abschnitt 2 die Phasenbeziehungen zwischen stator- und läuferseitiger Wanderwelle dargestellt. In Abschnitt 3 wird die Positionserfassung und zeitliche Synchronisation mittels in den Rädern angebrachten Inkrementalgebern, sowie deren Kalibrierung mittels redundanter Sensorik erläutert. Um die durch Spurkranzanläufe verursachten Messfehler zu kompensieren, wurde eine weitere Methode zur Erfassung der für die Antriebsregelung erforderlichen relativen Phasenlage entwickelt. Die dabei verwendeten Hallsensoren mit Nachlaufsynchronisation (PLL) werden in Abschnitt 4 beschrieben. Durch die dargestellten Messungen werden die Grenzen dieses Verfahrens aufgezeigt. Ein Algorithmus zur Erhöhung der Zuverlässigkeit durch Redundanz ist in Abschnitt 5 skizziert. Dabei werden Plausibilitäts- und Qualitätsbewertungen in ein Zustandsüberwachungskonzept integriert.
BibTeX:
@inproceedings{Schneider2006,
  author = {Schneider, T. and Schulz, B. and Henke, C. and Böcker, J.},
  title = {Redundante Positionserfassung für ein spurgeführtes linearmotorgetriebenes Bahnfahrzeug},
  booktitle = {Workshop Entwurf mechatronischer Systeme, Heinz-Nixdorf-Institut, Universität Paderborn},
  journal = {Workshop Entwurf mechatronischer Systeme, Heinz-Nixdorf-Institut, Universität Paderborn},
  year = {2006}
}
Schneider, T., Schulz, B., Henke, C., Witting, K., Steenken, D. and Böcker, J. Energy Transfer via Linear Doubly-Fed Motor in Different Operating Modes 2009 International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC)  inproceedings URL 
Abstract: The potential to transfer energy from the primary to the secondary of an asynchronous linear doubly-fed motor is investigated for different operating modes taking care of detailed losses modeling in both primary and secondary parts of the motor. The degrees of freedom for the operating point assignment and the energy transfer are discussed and a multiobjective optimization process is described and utilized to achieve an efficient energy transfer. For investigation of particular questions of thrust generation and energy transfer, a test bed of 8 m length is utilized for validation.
BibTeX:
@inproceedings{SchneiderSchulzEtAl2009,
  author = {Tobias Schneider and Bernd Schulz and Christian Henke and Katrin Witting and Dominik Steenken and Joachim Böcker},
  title = {Energy Transfer via Linear Doubly-Fed Motor in Different Operating Modes},
  booktitle = {International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC)},
  year = {2009},
  url = {http://www.iemdc2009.org/}
}
Schulte, C. and Böcker, J. Co-simulation of an electric traction drive 2013 Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International, pp. 974-978  inproceedings DOI  
Abstract: For the simulation of electrical drives, reduced-order models or simple look-up tables are often used in order to decrease the computation time. In the latter case, the quality of the results is reduced due to interpolation. This publication introduces a coupled simulation structure which includes the control, the power electronics and also a permanent magnet synchronous machine. Each of these components is simulated in different software environments. The coupling between the different software tools is realized by a defined data flow structure. Such a structure can be useful for accurate design and system optimization. Comparison between the simulation results and experimental measurements shows that a good agreement is obtained.
BibTeX:
@inproceedings{Schulte2013a,
  author = {Schulte, C. and Böcker, J.},
  title = {Co-simulation of an electric traction drive},
  booktitle = {Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International},
  year = {2013},
  pages = {974-978},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IEMDC.2013.6556215}
}
Schulte, T. Stromrichter- und Regelungskonzepte für Ultraschall-Wanderwellenmotoren 2004 School: Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik der Universität Paderborn  phdthesis  
Abstract: Im Gegensatz zu klassischen Elektromotoren nutzen Piezomotoren den inversen piezoelektrischen Effekt. Ein typischer Vertreter ist der Ultraschall-Wanderwellenmotor [6, 8]. Der Wanderwellenmotor wurde ursprünglich für einfache Stellaufgaben z. B. im PKW propagiert. Dort finden sich heute auch erste Anwendungen wie Lenkrad-Höhenverstellung und Kopfstützenverstellung. Sein signifikantester Vorteil ist das relativ hohe Drehmoment bei niedriger Drehzahl, weshalb er auch als getriebeloser Direktantrieb für höherwertige Stellaufgaben, z. B. in der Robotik, interessant ist. Es existieren jedoch eine Reihe von prinzipbedingten Nachteilen, die dem Einsatz des Motors selbst bei prädestinierten Spezialanwendungen entgegenstehen. Neben einigen technologischen Aspekten und der Kostenfrage, sind dies insbesondere das nichtlineare und zeitvariante Systemverhalten und die relativ aufwendige Speisung des Motors mit Wechselspannung im Ultraschallbereich. Das Systemverhalten macht eine zumindest einfache Antriebsregelung praktisch unverzichtbar. In den letzten 15 Jahren haben zahlreiche Forscher an Antriebsregelungen und Stromrichtern für Wanderwellenmotoren gearbeitet. Ergebnis ist eine nahezu unüberschaubare Vielfalt unterschiedlicher Konzepte, die in zahlreichen Veröffentlichungen vorgestellt wurden. Bislang erfolgte jedoch weder ein direkter Vergleich, noch eine geeignete Einordnung. Potentielle Anwender von Piezomotoren ziehen meist Lösungen mit konventionellen Elektromotoren vor, auch wenn dadurch Optimierungspotential verschenkt wird. Grund hierfür ist u. a., daß sie das Risiko für die Entwicklung ihrer Systeme als zu hoch einschätzen. Dies liegt nicht allein an den genannten Eigenschaften der Motoren, sondern auch an der fehlenden Information über die Eignung unterschiedlicher Regelungs- und Speisekonzepte. Die vorliegenden Arbeit behandelt den geregelten Antrieb mit Wanderwellenmotor als Gesamtsystem (Stromrichter und Antriebsregelung). Es werden im wesentlichen zwei Ziele verfolgt: 1. Es sollen Stromrichter und Antriebsregelungen für Wanderwellenmotoren unter Berücksichtigung von anwendungsorientierten Kriterien, wie z. B. Dynamik und Realisierungsaufwand, entwickelt bzw. weiterentwickelt werden. 2. Die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Stromrichter und Antriebsregelungen sollen untersucht werden, wobei insbesondere der Einfluß des Stromrichterkonzepts auf die Antriebsregelung interessiert. In diesem Zusammenhang werden die aus der Literatur bekannten Regelungskonzepte eingeordnet und bezüglich Leistungsfähigkeit und Aufwand gegenübergestellt. Mit diesem Beitrag soll ein Überblick geschaffen werden, der eine Hilfestellung für die Wahl eines geeigneten Stromrichter- und Regelungskonzepts gibt. Dies dient u. a. dazu, die Akzeptanz für Piezomotoren beim Anwender zu erhöhen. Außerdem können mit Hilfe der Übersicht gezielt neue Forschungsansätze erarbeitet werden. 2 1 Einleitung Abgesehen von Kap. 2, in dem das Funktionsprinzip des Wanderwellenmotors und das aus [4] bekannte Motormodell erläutert wird, gliedert sich die Arbeit in drei Teile: In Kap. 3 werden drei unterschiedliche Stromrichterkonzepte für Wanderwellenmotoren gegenübergestellt. Darunter befindet sich auch ein für Wanderwellenmotoren neuartiges Stromrichterkonzept, das ohne die üblichen resonant ausgelegten Ausgangsfilter auskommt. Neben allgemeinen Aspekten wie Baugröße oder Wirkungsgrad, wird auch die Dynamik des Stromrichterstellglieds untersucht. In Kap. 4 wird die Biegewellenregelung aus [4] weiterentwickelt. Im Vordergrund steht nicht die Verbesserung der Regeldynamik, sondern eine Vereinfachung der Antriebsregelung, da sie in ihrer ursprünglichen Form aufgrund des hohen Aufwands für reale Anwendungen nicht praktikabel ist. Kap. 5 beinhaltet eine systematische Gegenüberstellung von Regelungskonzepten. Neben einer allgemeinen Einordnung werden drei Regelungskonzepte genauer untersucht. Darunter befindet sich auch eine weiterentwickelte Variante des drehzahlgeregelten Antriebs mit Wanderwellenmotor aus [4]. In jedem Kapitel wird zunächst auch der jeweils thematisch relevante Stand der Technik erläutert. Außerdem werden an geeigneten Stellen Resümees zu den jeweiligen Ergebnisse gezogen. Aufgrund des zumeist ähnlichen Wirkungsprinzips von Piezomotoren lassen sich viele Ergebnisse dieser Arbeit zumindest teilweise auch auf andere Typen von Piezomotoren übertragen. So wird z. B. in Kap. 3.2.5 ein Stromrichter für einen Mehr-Massen-Piezomotor vorgestellt, dessen Projektierung auf den Erfahrungen mit Stromrichtern und Regelungen für Wanderwellenmotoren beruht. Wie bei den meisten Piezomotoren handelt es sich beim Wanderwellenmotor um einen resonant- betriebenen Piezoaktor, bei dem durch einen piezokeramischen Wandler resonante mechanische Schwingungen im Ultraschallbereich angeregt werden. Aufgrund des identischen physikalischen Wirkungsprinzips ergeben sich damit auch viele Parallelen zu anderen resonant-betriebenen Piezoaktoren, die z. B. zum Ultraschallschneiden und -schweißen genutzt werden. An den jeweiligen Stellen erfolgen Hinweise auf die mögliche Übertragbarkeit der Ergebnisse bzw. auf signifikante Unterschiede.
BibTeX:
@phdthesis{Schulte2004,
  author = {Thomas Schulte},
  title = {Stromrichter- und Regelungskonzepte für Ultraschall-Wanderwellenmotoren},
  school = {Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik der Universität Paderborn},
  year = {2004}
}
Schulz, B., Paiz, C., Hagemeyer, J., Mathapati, S., Porrmann, M. and Böcker, J. Run-Time Reconfiguration of FPGA-Based Drive Controllers 2007 12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference, Aalborg, Denmark12th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)  inproceedings  
Abstract: Abstract In this contribution a Field Programmable Gate Array (FPGA) is used as target architecture to implement drive controllers. A novel concept for generic run-time switching between FPGA-based drive controllers is presented. The controller switching is done by using partial run-time hardware reconfiguration, which allows the implementation of various controllers without having to realize them all on the FPGA concurrently. It is shown that time-sharing of the FPGA resources can provide a resource-efficient implementation. A system architecture, which enables the realization of this scheme, is presented. A hard switching between controllers is implemented, for which the initial internal states of the controller to-be-loaded are computed. Experimental results show that the proposed scheme works satisfactory, opening new possibilities to the implementation of such adaptive control schemes.
BibTeX:
@inproceedings{Schulz2007,
  author = {B. Schulz and C. Paiz and J. Hagemeyer and S. Mathapati and M. Porrmann and J. Böcker},
  title = {Run-Time Reconfiguration of FPGA-Based Drive Controllers},
  booktitle = {12th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)},
  journal = {12th European Power Electronics and Adjustable Speed Drives Conference, Aalborg, Denmark},
  year = {2007}
}
Schulz, B., Pottharst, A., Fröhleke, N. and Böcker, J. Modelling of Influences to a Linear-Drive-System 2004 11th International Power Electronics and Motion Control Conferences, EPE-PEMC 2004, Riga, Latvia11th Int. Power Electronics and Motion Control Conferences (EPE-PEMC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Schulz2004,
  author = {Schulz, B. and Pottharst, A. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Modelling of Influences to a Linear-Drive-System},
  booktitle = {11th Int. Power Electronics and Motion Control Conferences (EPE-PEMC)},
  journal = {11th International Power Electronics and Motion Control Conferences, EPE-PEMC 2004, Riga, Latvia},
  year = {2004}
}
Schulz, B., Yang, B., Pottharst, A. and Grotstollen, H. Das Linearantriebssystem der NBP-Versuchsanlage 2003 ISCoM 2003, International Scientific Colloquium on Mechatronics  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Schulz2003,
  author = {Schulz, B. and Yang, B. and Pottharst, A. and Grotstollen, H.},
  title = {Das Linearantriebssystem der NBP-Versuchsanlage},
  booktitle = {ISCoM 2003, International Scientific Colloquium on Mechatronics},
  year = {2003}
}
Sharabash, H., Krishna, D., Fröhleke, N. and Böcker, J. High efficiency photovoltaic power conditioning system 2013 PCIM 2013  inproceedings  
Abstract: A new topology for photovoltaic Power Conditioning System (PCS) with high efficiency under wide input voltage range of the photovoltaic array is introduced. In fact, this redundant topology consists of two new components, one for DC/DC converter and one for inverter. The presented topology of DC/DC converter enhances the efficiency by partial power sharing of DC/DC converters depending on input voltage. Producing a multi-output voltage convenient to the inverter topology. Simulation of a 25-kW PCS in terms of efficiency to verify the proposed topology.
BibTeX:
@inproceedings{Sharabash2013,
  author = {Hosam Sharabash and DVMM Krishna and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker},
  title = {High efficiency photovoltaic power conditioning system},
  booktitle = {PCIM 2013},
  year = {2013}
}
Solanki, J., Fröhleke, N. and Böcker, J. A Completely Modular Power Converter for High-Power High-Current DC Applications 2013 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2013)  inproceedings  
Abstract: This paper presents a completely modular power
supply for high-power and high-current DC applications. The
proposed power converter utilizes modular blocks consisting of a
half bridge cell followed by an isolated DC-DC converter. The
modules are connected in series at the input AC side in the
fashion of a modular multilevel rectifier. At the output DC side,
the modules are connected in parallel to supply a high-current
load. The proposed configuration provides advantages like
modularity, isolation, high efficiency, high input power factor,
good input current quality and controlled output current over
the full operating range. Circuit configuration, control and
performance of the proposed system are discussed in detail.
Simulation results are presented to verify the performance and
effectiveness of the system.
BibTeX:
@inproceedings{Solanki2013a,
  author = {Jitendra Solanki and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker},
  title = {A Completely Modular Power Converter for High-Power High-Current DC Applications},
  booktitle = {39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2013)},
  year = {2013}
}
Solanki, J., Fröhleke, N., Böcker, J. and Wallmeier, P. A modular multilevel converter based high-power high-current power supply 2013 Industrial Technology (ICIT), 2013 IEEE International Conference on, pp. 444-450  inproceedings DOI  
Abstract: This paper presents a power supply for high power and high current DC applications. Presently thyristor rectifiers along with passive filters are used in these applications, which suffer from poor input power factor and input current quality problems. The proposed power supply utilizes a modular multilevel rectifier and inverter, medium-frequency transformer and diode rectifier to convert medium-voltage AC to low-voltage DC via a medium-frequency AC link. Configuration provides unique advantages like high efficiency, high input power factor, good input current quality and controlled output current over the full operating range. Circuit configuration, design, control and performance of the proposed system are discussed in detail. Simulation results are presented to verify the performance and effectiveness of the system.
BibTeX:
@inproceedings{Solanki2013,
  author = {Solanki, J. and Fröhleke, N. and Böcker, J. and Wallmeier, P.},
  title = {A modular multilevel converter based high-power high-current power supply},
  booktitle = {Industrial Technology (ICIT), 2013 IEEE International Conference on},
  year = {2013},
  pages = {444-450},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/ICIT.2013.6505713}
}
Solanki, J., Fröhleke, N., Böcker, J. and Wallmeier, P. Comparison of Thyristor-Rectifier with Hybrid Filter and Chopper-Rectifier for High-Power, High-Current Application 2013 PCIM 2013  inproceedings  
Abstract: This paper presents a comparison of two rectifier-systems for high-power, high-current application. The most popular choice of circuit topology for this type of application is a multi-pulse thyristor rectifier. Active or passive filters are added to the thyristor rectifier for improving the power factor and reducing current THD. Other type of solution comprises of a multi-pulse diode rectifier followed by a multi-phase DC chopper (chopper-rectifier). A comprehensive system level approach is chosen for comparison of 12-pulse thyristor rectifier with a hybrid filter and 12-pulse diode rectifier with a multi-phase DC chopper. Comparison is carried out in terms of system performance, efficiency, size and cost for an industrial load with given system specifications.
BibTeX:
@inproceedings{Solanki2013b,
  author = {Jitendra Solanki and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker and Peter Wallmeier},
  title = {Comparison of Thyristor-Rectifier with Hybrid Filter and Chopper-Rectifier for High-Power, High-Current Application},
  booktitle = {PCIM 2013},
  year = {2013}
}
Solanki, J., Fröhleke, N., Böcker, J. and Wallmeier, P. Analysis, Design and Control of 1MW, High Power Factor and High Current Rectifier System 2012 Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)  inproceedings  
Abstract: This paper presents a 1MW, 12-pulse thyristor rectifier with passive filter and DSTATCOM for low voltage, high current industrial dc loads. The considered process act (electrically) as a current controlled, variable voltage load. Moreover the load characteristic varies extensively with number of hours of operation. Variable compensation capabilities are required to provide harmonic and reactive power compensation for such kind of loads. A Distribution Static Compensator (DSTATCOM) is used to provide variable reactive power compensation. Along with it an 11th harmonic passive filter with substantial amount of reactive power support is provided to reduce required rating of DSTATCOM. Design and control of system are carried out such that input
power factor remains greater than 0.98 and THD remains below 5%. Simulation results are presented to verify the effectiveness of the system.
BibTeX:
@inproceedings{Solanki2012,
  author = {Jitendra Solanki and Norbert Fröhleke and Joachim Böcker and Peter Wallmeier},
  title = {Analysis, Design and Control of 1MW, High Power Factor and High Current Rectifier System},
  booktitle = {Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)},
  year = {2012}
}
Specht, A. and Böcker, J. Observer for the rotor temperature of IPMSM 2010 Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14th International, pp. T4-12-T4-15  inproceedings DOI  
BibTeX:
@inproceedings{SpechtBoecker2010,
  author = {Specht, A. and Böcker, J.},
  title = {Observer for the rotor temperature of IPMSM},
  booktitle = {Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14th International},
  year = {2010},
  pages = {T4-12-T4-15},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/EPEPEMC.2010.5606818}
}
Specht, A., Ober-Blöbaum, S., Wallscheid, O., Romaus, C. and Böcker, J. Discrete-time model of an IPMSM based on variational integrators 2013 Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International, pp. 1411-1417  inproceedings DOI  
Abstract: Interior permanent-magnet synchronous motors (IPMSM) are widely used as automobile traction drives for electric and hybrid electric vehicles. Since motor control is commonly implemented on a digital platform, a discrete-time motor model is needed. With respect to the calculation effort the discretization is usually done via a first-order explicit Euler approximation within the rotor frame coordinates. For IPMSM traction drives this approach is leading to a systematic modeling error, since the flux trajectory degenerates from a circle to a polygon at higher speeds. Consequently, this approach leads to a speed-depending discretization error, which can have a significant impact on control performance. Hence, this contribution presents a discrete-time model of an IPMSM based on variational integrators (VI). Starting with a variational principle the Euler-Lagrange equations provide a physical continuous-time motor model. By applying a discrete version of the variational principle we receive a symplectic discrete-time IPMSM model without increasing the calculation effort in comparison to the classical Euler discretization. Simulative as well as experimental investigations confirm the benefit of a VI based discrete-time motor model concerning the transient and stationary system model accuracy.
BibTeX:
@inproceedings{SpechtOberBloebaum2013,
  author = {Specht, A. and Ober-Blöbaum, S. and Wallscheid, O. and Romaus, C. and Böcker, J.},
  title = {Discrete-time model of an IPMSM based on variational integrators},
  booktitle = {Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International},
  year = {2013},
  pages = {1411-1417},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/IEMDC.2013.6556322}
}
Specht, A., Wallscheid, O. and Böcker, J. Determination of Rotor Temperature for an Interior Permanent Magnet Synchronous Machine Using a Precise Flux Observer 2014 IPEC  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Specht2014,
  author = {Andreas Specht and Oliver Wallscheid and Joachim Böcker},
  title = {Determination of Rotor Temperature for an Interior Permanent Magnet Synchronous Machine Using a Precise Flux Observer},
  booktitle = {IPEC},
  year = {2014}
}
Stille, K.S., Romaus, C. and Böcker, J. Online Capable Optimized Planning of Power Split in a Hybrid Energy Storage System 2013 Eurocon 2013, pp. 1158-1163  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{StilleRomausBoecker13,
  author = {Stille, K. S. and Romaus, C. and Böcker, J.},
  title = {Online Capable Optimized Planning of Power Split in a Hybrid Energy Storage System},
  booktitle = {Eurocon 2013},
  publisher = {IEEE},
  year = {2013},
  pages = {1158-1163}
}
Tao, J., Cao, Z., Sun, M., Fröhleke, N. and Böcker, J. Full Digital Implementation of an Optimized Modulation Strategy for Series-Parallel Resonant Converter 2012 PCIM 2012  inproceedings  
Abstract: The series-parallel resonant converter is one of the most popular topologies among resonant converters. In order to minimize its switching losses, an optimized modulation strategy was proposed and implemented using a hybrid hardware structure. In this contribution the working principles of the state-of-the-art hybrid solution and its disadvantages are analyzed first. In order to overcome those drawbacks, a full digital optimized modulation control unit is developed. Aiming to ensure zero-voltage switching in the converter start-up phase, a novel operation strategy is proposed and implemented. Experimental results are given to prove the feasibility of the novel digital optimized modulation control unit.
BibTeX:
@inproceedings{TaoCaoSun2012,
  author = {Tao, J. and Cao, Z. and Sun, M. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Full Digital Implementation of an Optimized Modulation Strategy for Series-Parallel Resonant Converter},
  booktitle = {PCIM 2012},
  year = {2012}
}
Thiessen, E. Messtechnische Analyse der Leistungsflüsse eines doppelt gespeisten Linearmotors 2008 School: Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
Abstract: Aufgabenstellung: Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 614 "Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus" werden an der Universität Paderborn Systeme erarbeitet, die besonders flexibel auf sich verändernde Einflüsse reagieren können. Unter anderem wird dabei ein selbstoptimierendes Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug betrachtet.Wesentliche Komponente dieses Fahrwerks ist ein Antriebsmodul, welches als doppelt gespeister Linearmotor ausgeführt ist. Für den Betrieb des Motors wurde eine Arbeitspunktsteuerung realisiert, deren Erweiterung durch genauere Motormodelle vorbereitet werden soll. Dadurch können zukünftig komplexe Optimierungsverfahren die Arbeitspunkte des Motors besser festlegen. Im Rahmen dieser Arbeit soll für den im Antriebsmodul verwendeten doppelt gespeisten Linearmotor ein Motormodell aufgestellt und dessen Parameter messtechnisch ermittelt werden. Als zentrale Themen sollen dabei die Leitungsflüsse des Motors sowie dessen Kraftbildung im Fokus dieser Arbeit stehen. Im Einzelnen sind für die vom Stator und Läufer aufgenommenen bzw. abgegebenen Leistungen sowie für die Kraftwirkungen Kennfelder zu erstellen. Diese Kennfelder sollen die unterschiedlichen Arbeitspunkte aus Strom und Frequenz beschreiben und für die Modellbildung und Parameteridentifikation genutzt werden. Die Parameteridentifikation soll zu einer genaueren Beschreibung des Verlustverhaltens des Motors führen. Dabei sind die beiden unterschiedlichen Betriebsweisen des Motors mit einer Wanderwelle sowie einer Stehwelle für den Strom zu berücksichtigen.
BibTeX:
@mastersthesis{Thiessen2008,
  author = {Eduard Thiessen},
  title = {Messtechnische Analyse der Leistungsflüsse eines doppelt gespeisten Linearmotors},
  school = {Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2008},
  note = {Katalog-Nr. SA 28},
  url = {file://lealiteratur\VortraegeLEA_Seminar008008_MesstechnischeAnalyseDerLeistungsflüsseEinesDoppeltGespeistenLinearmotors.ppt}
}
Tong, L., Zou, H., Sun, M. and Böcker, J. Low Latency Hybrid Hardware-in-the-Loop Simulator for Railway Traction System 2013 Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 2013 IEEE, pp. 1-5  inproceedings DOI  
BibTeX:
@inproceedings{Tong2013,
  author = {Tong, Laisheng and Zou, Huanqing and Sun, Meng and Böcker, Joachim},
  title = {Low Latency Hybrid Hardware-in-the-Loop Simulator for Railway Traction System},
  booktitle = {Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 2013 IEEE},
  year = {2013},
  pages = {1-5},
  doi = {http://dx.doi.org/10.1109/VPPC.2013.6671735}
}
Trupp, A. Entwurf und Implementierung eines bidirektionalen Gleichstromstellers für ein hybrides Energieversorgungsmodul 2007 School: Universität Paderborn  mastersthesis URL 
Abstract: Aufgabenstellung Entwurf und Implementierung eines bidirektionalen Gleichstromstellers für ein hybrides Energieversorgungsmodul Energiespeicher sind ein aktueller Forschungsschwerpunkt u. a. bei der Entwicklung mobiler Traktionsanwendungen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen oder dem RailCab der Neuen Bahntechnik Paderborn. Diese Anwendungen erfordern einen Speicher, der sich sowohl durch eine hohe Leistungsdichte wie auch durch eine hohe Energiedichte auszeichnet. Aktuelle Speichertechnologien erfüllen diese Anforderung nicht: Akkumulatoren als elektrochemische Speicher auf der Basis z. B. von Nickel-Metallhydrid oder Nickel-Cadmium sind in der Lage, groÿe Energiemengen zu speichern, bieten jedoch nur eine begrenzte Leistung und Zyklenfähigkeit. Doppelschichtkondensatoren als elektrostatische Speicher besitzen eine nahezu unbegrenzte Zyklenzahl bei hohen Leistungen, können jedoch nur geringe Ladungsmengen speichern. Am Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik wird daher ein hybrides Energieversorgungsmodul aus Nickel-Metallhydrid-Batterien und Doppelschichtkondensatoren untersucht, in dem die Batterien die Funktion des Langzeitspeichers übernehmen und durch die hohe Leistung und Zyklenfestigkeit der Kondensatoren ergänzt werden. Ziel ist die eziente Speicherung der benötigten Energie und die Aufteilung der Leistungsüsse unter der Berücksichtigung der Ziele Wirkungsgrad, Lebensdauer, Gewicht und Kosten. Zur Steuerung der Leistungsüsse am Prüfstand und zur Ankopplung der Energiespeicher an einen gemeinsamen Zwischenkreis soll in dieser Studienarbeit ein bidirektionaler Gleichstromsteller entwickelt werden. Dazu ist eine geeignete Topologie für den Gleichstromsteller auszuwählen und aufzubauen. Zur Ansteuerung ist eine Treiberschaltung zu entwickeln, die sowohl den Gegentaktbetrieb wie auch das Schalten nur jeweils eines Transistors erlaubt. Für den Leistungsteil sind geeignete Transistoren auszuwählen und eine Speicherinduktivität sowie ein Ausgangslter und der Zwischenkreis zu dimensionieren. Nach der Inbetriebnahme ist der Wirkungsgrad des Umrichters bei verschiedenen Betriebsbedingungen zu bestimmen. Betreuer: Prof. Dr.-Ing. J. Böcker, Dipl.-Ing. Christoph Romaus Abgabe: 17.10.2007
BibTeX:
@mastersthesis{Trupp2007,
  author = {Alexander Trupp},
  title = {Entwurf und Implementierung eines bidirektionalen Gleichstromstellers für ein hybrides Energieversorgungsmodul},
  school = {Universität Paderborn},
  year = {2007},
  url = {file://lealiteratur\VortraegeLEA_Seminar007Trupp_Alexander_Bidirektionaler_Gleichstromsteller.ppt}
}
Uebener, S. and Hammerer, H. Virtuelle E-Maschine als Werkzeug in der Entwicklung von Antriebsreglern 2013 ATZelektronik
Vol. 8, pp. 198 - 203 
article  
Abstract: Derzeit werden LithiumIonenBatterien für den Einsatz in Hybrid und Elektrofahrzeugen favorisiert. Arsenal Research, ein Unternehmen der Austrian Reseach Centers, analysiert den derzeitigen Stand der Technik sowie die Potenziale des Energiespeichers – und dies sowohl auf Zellwie auf Systemebene. Der Entwicklungsdienstleister erklärt einige Aspekte des Designprozesses und geht auf wichtige Aufgabenstellungen ein, die auf dem Weg zur breiten Anwendung im Automobilsektor noch gelöst werden müssen.
BibTeX:
@article{Uebener2013,
  author = {Uebener, S. and Hammerer, H.},
  title = {Virtuelle E-Maschine als Werkzeug in der Entwicklung von Antriebsreglern},
  journal = {ATZelektronik},
  year = {2013},
  volume = {8},
  pages = {198 - 203}
}
Vogt, T., Peters, A. and Böcker, J. Power profile based selection and operation optimization of parallel-connected power converter combinations 2014 IPEC  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Vogt2014,
  author = {Thorsten Vogt and Alexander Peters and Joachim Böcker},
  title = {Power profile based selection and operation optimization of parallel-connected power converter combinations},
  booktitle = {IPEC},
  year = {2014}
}
Wallscheid, O. and Böcker, J. Wirkungsgradoptimale Arbeitspunktsteuerung für einen permanenterregten Synchronmotor mit vergrabenen Magneten unter Berücksichtigung von Temperatureinflüssen 2013 Internationaler ETG-Kongress  inproceedings  
Abstract: Dieser Beitrag befasst sich mit den Temperatureinflüssen auf das Betriebsverhalten von permanenterregten Synchron-
motoren. Durch Vermessung eines typischen Traktionsmotors für den automobilen Einsatz kann gezeigt werden, dass
die Temperaturverhältnisse im Motor einen signifikanten Einfluss sowohl auf die elektrischen Verluste als auch auf die
Drehmomentgenauigkeit haben können. Daher wird eine kennfeldbasierte Arbeitspunktsteuerung für den wirkungsgrad-
optimalen Betrieb zur Berücksichtigung von Temperatureinflüssen vorgestellt. Verifikationsmessungen bestätigen, dass
Wirkungsgradsteigerungen im Bereich von 0,1 bis 0,2 % möglich sind.
BibTeX:
@inproceedings{Wallscheid2013,
  author = {Oliver Wallscheid and Joachim Böcker},
  title = {Wirkungsgradoptimale Arbeitspunktsteuerung für einen permanenterregten Synchronmotor mit vergrabenen Magneten unter Berücksichtigung von Temperatureinflüssen},
  booktitle = {Internationaler ETG-Kongress},
  year = {2013}
}
Wetzel, H., Fröhleke, N., Böcker, J. and Ide, P. High Efficient 3kW Three-Stage Power Supply 2006 APECDallas, USA.IEEE Applied Power Electronics Conference (APEC)  inproceedings  
Abstract: Abstract: Today's power supplies for the IT sector and telecommunication field show typically a two-stage setup consisting of PFC rectifier and DC/DC stage. The DC/DC stage is designed according to hold-up time requirements, thus it does not work optimally at nominal conditions. The insertion of an additional stage between PFC rectifier and DC/DC converter yields an increase of total efficiency and minimization of the volume and weight of the power supply. In this contribution several topology candidates for high power three-stage power supplies are compared with state-of-the-art two-stage candidates in terms of efficiency, complexity and durability. Accordingly, the best candidate is pre-selected, simulated, developed and is built as prototype. The system modeling of the complete power supply is required for design of the control circuit. A built-up prototype of the three-stage power supply is evaluated and tuning measures are termed. Concluding measurements are discussed and supplemented by final conclusions. The keys of the proposed three-stage solution are particularly the synchronous rectification at an output voltage of 12 V, interleaving of four parallel-connected output stages for best distribution of 3 kW output power, and small volume resulting in a height of 1.75"=44 mm, which is only one unit within the rack.
BibTeX:
@inproceedings{Wetzel2006,
  author = {Wetzel, H. and Fröhleke, N. and Böcker, J. and Ide, P.},
  title = {High Efficient 3kW Three-Stage Power Supply},
  booktitle = {IEEE Applied Power Electronics Conference (APEC)},
  journal = {APECDallas, USA.},
  year = {2006}
}
Wetzel, H., Fröhleke, N., Böcker, J., Ide, P. and Kunze, J. Fuel Cell Inverter System with Integrated Auxiliary Supply 2005 EPE 2005, Dresden, Deutschland11th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Wetzel2005,
  author = {Wetzel, H. and Fröhleke, N. and Böcker, J. and Ide, P. and Kunze, J.},
  title = {Fuel Cell Inverter System with Integrated Auxiliary Supply},
  booktitle = {11th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE)},
  journal = {EPE 2005, Dresden, Deutschland},
  year = {2005}
}
Wetzel, H., Fröhleke, N., Böcker, J., Ouchouche, S., Bezanere, D. and Cugnon, F. Modelling and Control of a Multi-Mass Ultrasonic Motor for Airborne Applications 2006 Int. Electronics Conference (IECON)Paris, Frankreich.32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON)  inproceedings  
Abstract: Abstract Environmental and fire risks together with high maintenance costs are the main drivers in recent years to replace hydraulic actuators in aircrafts by electromechanical actuators. Unluckily, a solution based on electromagnetic motors with reduction gears results in increased weight and electrical peak power of the drive train for typical brake requirements. A promising actuator candidate with high torque and low inertia for airborne applications is the multi-mass ultrasonic motor (MM-USM) derived from the well known travelling-wave type motor (TW-USM). This contribution focuses on the modelling of the MM-USM and proposes a control concept for this motor as drive component of a novel airborne brake actuator: After outlining the operational principle of the motor, a mechanical model is presented, which incorporates sliding and sticking operations of the friction contact. A first validation of the motor model via FEA calculations is supplementing this paper.
BibTeX:
@inproceedings{Wetzel2006a,
  author = {Wetzel, H. and Fröhleke, N. and Böcker, J. and Ouchouche, S. and Bezanere, D. and Cugnon, F.},
  title = {Modelling and Control of a Multi-Mass Ultrasonic Motor for Airborne Applications},
  booktitle = {32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON)},
  journal = {Int. Electronics Conference (IECON)Paris, Frankreich.},
  year = {2006}
}
Wetzel, H., Fröhleke, N. and Grotstollen, H. Topologies for Low-voltage Regulator Modules 2003 ISICT 2003, 5th International Symposium on Instrumentation and Control Technology  inproceedings  
Abstract: Three different topologies for low voltage regulator modules are compared in this paper. A Push-Pull converter (PPC) equipped with a novel hybrid gating scheme, which supports synchronous and external driving is proposed and compared to a Two-Transistor Forward Converter (2TFC) with a simple enhanced gating circuit of the MOSFET based rectification. Finally, an asymmetrical driven Half Bridge converter (AHBC) with integrated magnetic components and synchronous rectifier (SR) supplements the comparison. This topology was discussed only recently with respect to the low voltage topic. Prototypes for three topologies were developed, operated at 48V input voltage and deliver 1.7V at 18A output current.
BibTeX:
@inproceedings{Wetzel2003,
  author = {Wetzel, H. and Fröhleke, N. and Grotstollen, H.},
  title = {Topologies for Low-voltage Regulator Modules},
  booktitle = {ISICT 2003, 5th International Symposium on Instrumentation and Control Technology},
  year = {2003}
}
Wetzel, H., Li, R., Fröhleke, N. and Böcker, J. Piezoelektrische Flugzeugbremse 2007 Workshop Entwurf mechatronischer Systeme 2007Workshop Entwurf mechatronischer Systeme  inproceedings  
Abstract: Zusammenfassung Heutige hydraulische Flugzeugbremsen sind sehr zuverlässig, sie haben jedoch auch Nachteile wie hohen Wartungsaufwand, Brandrisiko und Umweltprobleme. Dies führt zur Entwicklung elektromagnetisch angetriebener Bremsen, die aber hinsichtlich Gewicht, Massenträgheit und Spitzenleistung problematisch sind. In dieser Publikation wird eine neuartige piezoelektrische Flugzeugbremse vorge-stellt, die im Rahmen eines EU-Projektes entwickelt wird. Zentrale Komponente des neuen Konzepts ist ein Multimassen-Ultraschallmotor (MM-USM) mit seiner elektronischen Stromversorgung und der Regelung.
BibTeX:
@inproceedings{Wetzel2007,
  author = {H. Wetzel and R. Li and N. Fröhleke and J. Böcker},
  title = {Piezoelektrische Flugzeugbremse},
  booktitle = {Workshop Entwurf mechatronischer Systeme},
  journal = {Workshop Entwurf mechatronischer Systeme 2007},
  year = {2007}
}
Wetzel, H., Siegel, A., Njiende, H.D., Fröhleke, N. and Böcker, J. Low Voltage Asymmetrical Half-Bridge Converter with Integrated Magnetics 2004 11th International Power Electronics and Motion Control Conferences, EPE-PEMC 2004, Riga, Latvia11th Int. Power Electronics and Motion Control Conferences (EPE-PEMC)  inproceedings  
BibTeX:
@inproceedings{Wetzel2004,
  author = {Wetzel, H. and Siegel, A. and Njiende, H. D. and Fröhleke, N. and Böcker, J.},
  title = {Low Voltage Asymmetrical Half-Bridge Converter with Integrated Magnetics},
  booktitle = {11th Int. Power Electronics and Motion Control Conferences (EPE-PEMC)},
  journal = {11th International Power Electronics and Motion Control Conferences, EPE-PEMC 2004, Riga, Latvia},
  year = {2004}
}
Wimmelbücker, D. Selbstoptimierende kausale Betriebsstrategie für ein Elektrofahrzeug mit hybridem Energiespeicher auf Basis der Dynamischen Programmierung 2011 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
BibTeX:
@mastersthesis{Wimmelbuecker2011,
  author = {Dominik Wimmelbücker},
  title = {Selbstoptimierende kausale Betriebsstrategie für ein Elektrofahrzeug mit hybridem Energiespeicher auf Basis der Dynamischen Programmierung},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2011},
  url = {file://lea/literatur/VortraegeLEA_Seminar011011_DA38Abschlussvortrag.pptx}
}
Wimmelbücker, D. Implementierung einer selbstoptimierenden Regelung für ein hybrides Energiespeichersystem 2010 School: Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn  mastersthesis URL 
Abstract: Mobile Traktionsanwendungen wie Hybrid- und Elektrofahrzeuge sowie autonome Schienenfahrzeuge benötigen zum Betrieb einen Energiespeicher an Bord des Fahrzeugs. An diesen werden vielfältige Anforderungen gestellt, wie z. B. eine hohe Speicherkapazität und Leistung sowie ein hoher Wirkungsgrad bei niedrigem Gewicht, niedrigen Kosten und geringem Wartungsaufwand bzw. langer Lebensdauer. Aktuell gibt es jedoch keine Speichertechnologie, die all diesen Anforderungen gerecht wird. Kombiniert man jedoch zwei Energiespeicher mit komplementären Eigenschaften, z. B. Nickelmetallhydridbatterien mit einer hohen Energiedichte als Langzeitspeicher und Doppelschichtkondensatoren mit einer hohen Leistungsdichte und Zyklenfestigkeit als Kurzzeitspeicher, so erhält man ein hybrides Energiespeichersystem, welches die gestellten Anforderungen erfüllt. Um die Leistungsflüsse in diesem hybriden Energiespeichersystem zu kontrollieren und eine Betriebsstrategie für ein Energiemanagement zu entwickeln, werden selbstoptimierende Methoden des Sonderforschungsbereichs 614 -- Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus -- eingesetzt. Dabei erfolgt die Optimierung der Betriebsstrategie unter weichen Echtzeitbedingungen, während an die Regelung der Leistungsflüsse und die Überwachung des Energiespeichersystems harte Echtzeitanforderungen gestellt werden. In dieser Studienarbeit sollen die verteilt auf einem dSPACE-Echtzeitrechensystem implementierte hardwarenahe Regelung und die auf einem Standard-PC realisierte Optimierung der Betriebsstrategie zu einer selbstoptimierenden Regelung verknüpft werden. Dazu ist eine geeignete Kommunikationsstruktur zur Verkopplung der Rechner in weicher Echtzeit zu entwickeln. Anschließend sind die Regelung und die Optimierungsroutinen auf den jeweiligen Rechnern entsprechend zu modifizieren und zu erweitern, so dass sie über die entwickelte Kommunikationsstruktur initialisiert und angesteuert werden und die für die Regelung benötigten Betriebsstrategiedaten übermittelt werden können. Die Daten der Betriebsstrategie sind auf Konsistenz und Vollständigkeit zu überwachen und ggf. korrigierende Maßnahmen zu ergreifen. Für Kommunikationsausfälle ist eine Notlaufstrategie zu entwickeln, die einen sicheren Betrieb des Prüfstands gewährleistet.
BibTeX:
@mastersthesis{Wimmelbucker2010,
  author = {Dominik Wimmelbücker},
  title = {Implementierung einer selbstoptimierenden Regelung für ein hybrides Energiespeichersystem},
  school = {Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik, Universität Paderborn},
  year = {2010},
  note = {SA 24},
  url = {file://lea/literatur/Vortraege/Vortraege_LEA_Seminar/2010/Wimmelbuecker2010_ImplementierungEinerSelbstoptimierendenRegelungFuerEinHybridesEnergiespeichersystem.ppt}
}
Witting, K., Schulz, B., Dellnitz, M., Böcker, J. and Fröhleke, N. A new approach for online multiobjective optimization of mechatronical systems 2008 International Journal on Software Tools for Technology Transfer (STTT)
Vol. 10(3), pp. pp. 223-231 
article URL 
Abstract: We present a new concept for online multiobjective optimization and its application to the optimization of the operating point assignment for a doubly-fed linear motor. This problem leads to a time-dependent multiobjective optimization problem. In contrast to classical optimizationwhere the aim is to find the (global) minimum of a single function, we want to simultaneously minimize k objective functions. The solution to this problem is given by the set of optimal compromises, the so-called Pareto set. In the case of the linear motor, there are two conflicting aims which both have to be maximized: the degree of efficiency and the inverter utilization factor. The objective functions depend on velocity, force and power, which can be modeled as time-dependent parameters. For a fixed point of time, the entire corresponding Pareto set can be computed by means of a recently developed set-oriented numerical method. An online computation of the time-dependent Pareto sets is not possible, because the computation itself is too complex. Therefore, we combine the computation of the Pareto set with numerical path following techniques. Under certain smoothness assumptions the set of Pareto points can be characterized as the set of zeros of a certain function. Here, path following allows to track the evolution of a given solution point through time.
BibTeX:
@article{D1_WittingSchulz2008,
  author = {Witting, Katrin and Schulz, Bernd and Dellnitz, Michael and Böcker, Joachim and Fröhleke, Norbert},
  title = {A new approach for online multiobjective optimization of mechatronical systems},
  journal = {International Journal on Software Tools for Technology Transfer (STTT)},
  year = {2008},
  volume = {10(3)},
  pages = {pp. 223-231},
  url = {http://www.springerlink.com/content/9137215j72h865u5/}
}
Yang, B. and Grotstollen, H. Design of the Power Supply for the Doubly-Fed Linear Motor of the RailCab Test Track 2007 Southern African Universities' Power Engineering Conference (SAUPEC 2007)16th Southern African Universities' Power Engineering Conference (SAUPEC)  inproceedings  
Abstract: Abstract. With RailCab a new railway system ha been suggested which makes use of autonomously travelling vehicles and linear motor technology. At the test track which was built at University of Paderborn in scale 1:2.5 a doubly-fed induction motor has been chosen for driving the vehicles and transferring all energy which is required on board the vehicles. In the paper the basic scheme of the stator’s power supply, calculation of the voltage and power requirement and partitioning of the long-stator are discussed in detail.
BibTeX:
@inproceedings{Yang2007,
  author = {B. Yang and H. Grotstollen},
  title = {Design of the Power Supply for the Doubly-Fed Linear Motor of the RailCab Test Track},
  booktitle = {16th Southern African Universities' Power Engineering Conference (SAUPEC)},
  journal = {Southern African Universities' Power Engineering Conference (SAUPEC 2007)},
  year = {2007}
}
Yang, B. and Grotstollen, H. Direct Torque Control of a Singled-sided Linear Induction Motor based on Sliding Mode. 2003 The 4th International Symposium on LINEAR DRIVES FOR INDUSTRY APPLICATIONS (LDIA 2003)  inproceedings  
Abstract: A single-sided linear induction motor with reaction plates is introduced into a doubly fed long stator linear drive railway system in order to solve the switch problem and can be also applied in little-used areas of the railway. Due to the irregularity and incontinuity of the reaction plate in the switch area, a robust drive controller is required. As a result, a direct torque control based on sliding mode is applied, since it has shown superior dynamic performance and can react to critical environmental conditions fast and flexibly.
BibTeX:
@inproceedings{Yang2003a,
  author = {Yang, B. and Grotstollen, H.},
  title = {Direct Torque Control of a Singled-sided Linear Induction Motor based on Sliding Mode.},
  booktitle = {The 4th International Symposium on LINEAR DRIVES FOR INDUSTRY APPLICATIONS (LDIA 2003)},
  year = {2003}
}
Yang, B. and Grotstollen, H. Control Strategy for a Novel Combined Operation of Long Stator and Short Stator Linear Drive System. 2003 10th European Conference on Power Electronis and Applications (EPE 2003)  inproceedings  
Abstract: To realize a highly flexible propulsion system, a combined drive of long stator and short stator linear motors is applied to operate vehicles of the NBP (Neue Bahntechnik Paderborn, i.e. New Rail Technology of Paderborn in English) railway system. The control strategy of this combination is described. The presented experimental results, which show the control performance, are based on extensive theoretical investigations.
BibTeX:
@inproceedings{Yang2003b,
  author = {Yang, B. and Grotstollen, H.},
  title = {Control Strategy for a Novel Combined Operation of Long Stator and Short Stator Linear Drive System.},
  booktitle = {10th European Conference on Power Electronis and Applications (EPE 2003)},
  year = {2003}
}
Yang, B., Meyer, M. and Grotstollen, H. Radio Based Control of a Linear Motor for the NBP Railway System 2003 ISICT 2003, 5th International Symposium on Instrumentation and Control Technology  inproceedings  
Abstract: This paper proposes a new coupled pitch and velocity control of a doubly-fed linear motor, which is applied for a novel mechatronic railway system based on the operation of shuttles. Compared with conventional trains, a single axle undercarriage is developed for the shuttle. The primary of the linear motor is installed between the rails and the secondary is fixed on the axle only via the middle. In order to prevent the secondary from pitching and maintain a constant air gap between the primary and the secondary, the secondary windings are divided into two parts to be supplied separately. A decoupled pitch and velocity control is introduced in [1] in detail. Because the currents for pitch control don’t contribute to velocity control, they cause higher power losses of the system. Therefore, a coupled pitch and velocity control is developed and presented in this paper.
BibTeX:
@inproceedings{Yang2003,
  author = {Yang, B. and Meyer, M. and Grotstollen, H.},
  title = {Radio Based Control of a Linear Motor for the NBP Railway System},
  booktitle = {ISICT 2003, 5th International Symposium on Instrumentation and Control Technology},
  year = {2003}
}
Zimmer, D., Böcker, J., Schmidt, A. and Schulz, B. Elektromagnetische Direktantriebe 2005 In: Antriebstechnik (2005)
Vol. 2 
article  
BibTeX:
@article{Zimmer2005,
  author = {Zimmer, D. and Böcker, J. and Schmidt, A. and Schulz,B.},
  title = {Elektromagnetische Direktantriebe},
  journal = {In: Antriebstechnik (2005)},
  year = {2005},
  volume = {2}
}
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