Michael Böhm

Aktuell bin ich im Rahmen des DFG-geförderten Sonderforschungsbereiches SFB1244 "Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen" tätig. Dieser SFB verfolgt das Ziel, durch die Aktivierung von Gebäudestrukturen deren Lastabtragsverhalten zu manipulieren. Damit können die auf die Struktur einwirkenden Lasten besser verteilt werden. Dynamisch kann aktiv Energie dissipiert werden, und somit das Gebäude steifer geregelt werden. Dies erlaubt die Einsparung eines großen Teils der heutzutage für konventionelle Gebäude benötigten Massen, auch graue Energie genannt. Hierbei handelt es hauptsächlich um Stahl und Beton, beides Materialien, deren Herstellung extrem energieintensiv ist.

Das ISYS ist innerhalb des SFB1244 in 6 wissenschaftlichen Teilprojekten (A05, A06, B02, B03, B04, Z01) vertreten. Seit 01.01.2021 befindet sich der SFB1244 in der zweiten Förderperiode. Neben meiner Tätigkeit als Gruppenleiter des Bereichs Bausystemtechnik bin ich seit Beginn der zweiten Förderphase auch Projektleiter des Teilprojekts B04 mit dem Titel "Steuerungs- und Regelungskonzepte für adaptive Bauwerke". In diesem werden die folgenden Fragestellungen hinsichtlich Tragwerken untersucht:

• Modellierung großer, aus verschiedenen Einzelelementen (Stäbe, Balken, Platten, etc.) zusammengesetzter Tragwerksstrukturen
• Methoden zur Substrukturierung komplexer Tragwerke anhand von Verkopplungsmaßen
• Entwurf optimaler dezentraler Regelungskonzepte
• verschleißorientierte Regelung ("wear leveling")
• Entwicklung von Algorithmen zur optimalen Stellgrößenbudgetierung zwischen statischer Störgrößenkompensation und dynamischer Schwingungsdämpfung 
• experimentelle Validierung am Demonstratorhochhaus

Der zweite Teil von B04 beschäftigt sich mit der Modellierung und Regelung von neuartigen adaptiven Fassadenkonzepten, konkret:

• Modellierung der hydroaktiven Fassade (C01)
• Modellierung einer Adsorptionsfassade auf Zeolithbasis (C06)
• Entwurf einer optimalen Regelung zum Erreichen der durch die Langfrist-Strategie (A05) vorgegebenen Betriebspunkte unter Berücksichtigung prädizierter Wettergegebenheiten sowie sich ändernder Nutzeranforderungen
• Modellierung des Innenraumklimas und des Nutzerkomforts
• verteiltparametrische Modellierung der hygrischen und thermischen Verhältnisse vor der Fassade

In der ersten Förderphase (bis 31.12.2020) habe ich das Teilprojekt A06 bearbeitet, in dem die folgenden Fragestellungen untersucht wurden:

• Wie lassen sich adaptive Elemente bautechnisch in Tragsysteme integrieren?
• Wie können passive Tragsysteme wie Hochhausstrukturen zu aktiv beeinflussbaren Tragwerken weiterentwickelt werden?
• Auf welche Weise können die ausgelegten Aktoren in den Bauteilen konstruktiv integriert werden, um aktive Elemente zu schaffen?
• Welche Gütemaße eignen sich für die Wahl und die Platzierung der einzusetzenden Sensoren bzw. Aktoren?

Während meiner Promotion im Zeitraum von 08/2011 bis 10/2017 habe ich mich mit der Vibrationsanalyse und -kompensation im optischen Pfad des Large Binocular Telescope (LBT) beschäftigt. Dieses Projekt führte ich dabei in enger Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg durch. Der Fokus meiner Arbeit waren dabei:

• Mathematische Modellierung des Teleskops und simulative Untersuchung der optischen Performance abhängig von den Teleskopvibrationen
• Identifikation bzw. Validierung und Anpassung des entwickelten Teleskopmodells
• Entwurf eines Beobachters für die Teleskopvibrationen und zur Berechnung der Spiegelvibrationen
• Implementierung der Algorithmen als Zusatzsystem am LBT
• Reglerentwurf für das opto-mechanische Korrekturelement

Mit den entwickelten und implementierten Methoden konnte die optische Performance deutlich gesteigert und die Beobachtung robuster gemacht werden.

Daneben beschäftigte ich mich mit der Regelung von verformbaren Spiegeln bzw. adaptiver Optik. Dabei lag der Schwerpunkt auf:

• Modellierung der Dynamik der Spiegelmembran, insbesondere Ergänzung bestehender Modelle um die hinter der Membran auftretende Druckdynamik, durch welche die modalen Anteile verkoppelt sind
• Optimale Platzierung von Aktoren und Sensoren
• Entwurf einer die modalen Anteile entkoppelnden Rückführung zur E/A-Linearisierung, sowie weiterer Beobachter- und Rückführkonzepte zur Regelung der Oberflächenverformung des Spiegels