Motivation:

Die Dynamik von schlanken Kontinua ist in der Mechanik seit längerer Zeit Thema intensiver Forschung. Durch die Besonderheit eines extrem kleinen Verhältnisses von Durchmesser zu Länge sind solche Strukturen meist verhältnismäßig torsionsweich. Beispiele für solche Strukturen sind lange Brücken oder Bohrstränge. Im Besonderen bei Bohrsträngen können aufgrund der Komplexität der angreifenden Kräfte (nichtlineare Reibung, impulsartiges Losreißen des Bohrstrangs von der Wand z. B. bei ¿differential sticking¿) verschiedene Bewegungsformen beobachtet werden, wie z.B. stabiles Verhalten, aber auch selbsterregte Schwingungen wie stick-slip-Zyklen. Generell stellt die Regelung und Schwingungsdämpfung solcher Strukturen unter dem Einfluss unbekannter und zeitvarianter Störungen eine große Herausforderung dar.

Vorgehensweise:

Das Systemverhalten eines Bohrstrangmodells wird unter Verwendung der iterativen Karhunen-Loève-Transformation kontinuierlich beobachtet und charakterisiert. Durch unbekannte zeitvariante Kräfte und Momente hervorgerufene Veränderungen im Systemverhalten können so zeitnah erkannt werden. Durch Vergleich der Kennwerte der iterativen Karhunen - Loève - Transformation mit Kennwerten für typische Systemzustände kann ein effizientes Zustandsmonitoring implementiert werden. Gleichzeitig werden durch die Karhunen-Loève-Transformation die das momentane Systemverhalten optimal beschreibenden Charakteristischen Funktionen gefunden. Zur Unterdrückung unerwünschter Vibrationen wird ein adaptiver Regler implementiert, der jeweils das auf die dominanten Charakteristischen Funktionen des Systems projizierte Systemverhalten zurückführt. Ziel des Verfahrens ist eine Regelung, die zeitvariante Störungen automatisch detektiert, deren Einfluss unterdrückt und im System vorhandene Schwingungen dämpft.