Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)
Übersicht SS 2009
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Kathrin Schlüter (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Untersuchung des Einflusses von Modellunsicherheiten auf die ereignisbasierte Regelung
Das Ziel der ereignisbasierten Regelung ist es, den Kommunikationsaufwand über die Rückführung zu verringern. Der ereignisbasierte Regelkreis wird dabei nur nach Auftreten eines Ereignisses geschlossen, wobei ein Ereignis z. B. das Überschreiten eines Grenzwerts signalisiert. Bei dem betrachteten ereignisbasierten Regelungskonzept wird die von einerexternen Störung beeinflusste Regelstrecke zwischen zwei Ereigniszeitpunkten in der offenen Kette mit Hilfe eines Stellgrößengenerators gesteuert. Zusätzlich werden Schätzwerte der Störung mittels eines Störungsschätzers berechnet und im Stellgrößengenerator berücksichtigt. Der Stellgrößengenerator sowie der Störungsschätzer verwenden das exakte Modell der Regelstrecke. In dieser Arbeit wird der Einfluss von Modellunsicherheiten auf das bestehende Konzept untersucht und es werden Methoden vorgestellt, die diesen Einfluss kompensieren können.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Peter Otto, Maurice Caspar (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Projektpraktikum: Untersuchung der Auswirkungen von Netzwerkeinflüssen auf eine Niveau- und Temperaturregelung
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dr.-Ing. Andreas Rauh (Universität Rostock, Lehrstuhl für Mechatronik) sprach über das Thema:
Intervallmethoden für Analyse und Entwurf von Steuerungen und Regelungen - Theorie, Implementierung und Anwendungen
Auf der Basis von Intervallmethoden lassen sich für Systemmodelle mit wertebereichsbeschränkten Unsicherheiten leistungsfähige Verfahren zur Analyse sowie zum Entwurf von Steuerungen und Regelungen entwickeln. Dieser Vortrag gibt einen Überblick über ausgewählte methodische Ansätze für die gesicherte Simulation dynamischer Systemmodelle mit Unsicherheiten. Insbesondere wird hierzu auf die Lösungsalgorithmen VNODE, COSY VI und ValEncIA-IVP eingegangen, welche sich für Systeme von gewöhnlichen Differentialgleichungen zur Berechnung garantierter Einschließungen der Menge erreichbarer Zustände einsetzen lassen. Für den Entwurf und die Implementierung neuartiger Lösungsansätze eignen sich insbesondere die Matlab-Toolbox IntLab sowie die C/C++ Bibliotheken C-XSC, Profil/BIAS und FADBAD++. Diese stellen grundlegende Funktionalitäten zur intervallarithmetischen Funktionsauswertung sowie zur automatischen und algorithmischen Differentiation zur Verfügung. Als ein Beispiel für ihre Verwendung wird ein neu entwickelter Ansatz zur intervallbasierten Auswertung von differential-algebraischen Gleichungssystemen vorgestellt. Dieser Ansatz lässt sich zur Berechnung von Steuerungsstrategien, zur Bahn- und Trajektorienplanung und zur verifizierten Zustands- und Störgrößenschätzung einsetzen. Ein Überblick über ausgewählte Anwendungen schließt den Vortrag ab.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Christoph Werner (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Ferndiagnose einer verfahrenstechnischen Anlage
In diesem Vortrag werden die Ergebnisse der Ferndiagnose eines Prozesses an der verfahrenstechnischen Anlage des Lehrstuhls für Automatisierungstechnik und Prozessinformatik gezeigt. Bei dem Prozess handelt es sich um eine Füllstands-, Leitfähigkeits- und Temperaturregelung in einem Reaktor. Das Prinzip der Ferndiagnose basiert auf der Dekomposition der Diagnoseaufgabe in die Fehlerdetektion, die auf der systemnahen Komponente gelöst wird, und die Fehleridentifikation, die die systemferne Komponente übernimmt. Hierzu werden ereignisdiskrete Modelle des Prozesses im fehlerfreien und fehlerbehafteten Betrieb für definierte Fehlerfälle in Form von zeitbewerteten Automaten aufgestellt. Diese Modelle werden für die Ferndiagnose eingesetzt, die auch unter Berücksichtigung von Netzwerkeinflüssen betrachtet wird.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Marc Schulz (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Verlässliche Querdynamikregelung von Kraftfahrzeugen
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Reglerentwurf für die verlässliche Querdynamikregelung von Kraftfahrzeugen. Dabei wird berücksichtigt, dass für das Modell des Kraftfahrzeuges nicht alle Parameter exakt bekannt sind, sondern für diese nur Intervalle angegeben werden können. Die Regelungsaufgabe besteht in der automatischen Fahrzeugführung, wozu der seitliche Abstand zum Fahrbahnrand messtechnisch erfasst wird. Dieser Abstand darf spezifizierte Grenzwerte nicht überschreiten.Die unsicheren Parameter sowie Messunsicherheiten werden bei der Modellbildung berücksichtigt und führen auf ein mengen -basiertes Regelungskonzept .Die Zustandsmengenbeobachtung und der Reglerentwurf erfolgen daher mit der MATLAB-Toolbox setTCont.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Christian Maul (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Untersuchung der Wellendichtungsdampfdruckregelung
Ziel der Arbeit ist die Konzeption und Erprobung neuer Regelungskonzepte für das Wellendichtdampfsystem. Hierzu wird das Wellendichtdampfsystem unter Matlab/Simulink modelliert und untersucht. Es wird ein strukturiertes Vorgehen eingeführt mit dem Wellendichtdampfsysteme erstellt und mit unterschiedlichen Reglern erprobt werden können. Anhand unterschiedlicher Modelle gegebener Anlagen werden zwei Regelungskonzepte vorgestellt, durch deren Einsatz eine Verbesserung des Regelungsverhaltens zu erwarten ist. Hierbei wird der Schwerpunkt auf das Regelverhalten bei Schnellschluss gelegt. Für die Reglerkonzepte werden Parameter vorgegeben, die mittels des Parameter-Space Verfahrens auf ihre Robustheit geprüft werden. Hierdurch wird gesichert, dass die geschlossenen Regelkreise asymptotisch stabil sind und eine Mindestdämpfung aufweisen. Die hier vorgestellten Regelungskonzepte sind direkt in der Leittechnik realisierbar.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Matthias Bockstegers (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Flachheitsbasierter Regelungsentwurf für einen mobilen Roboter
Dieser Vortrag beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Erprobung einer Bahnfolgeregelung für einen mobilen Roboter. Über zwei separat ansteuerbare Räder kann sich der Roboter in der Ebene bewegen. Ein Laserscanner dient der Erfassung der Umgebung. Der Roboter soll zum Einen zuvor geplante Bahnen abfahren und zum Anderen einem a-priori unbekannten Bahnverlauf durch Abstandsregelung folgen. Die Eigenschaft der Flachheit des nichtlinearen kinematischen Modells wird zur Ableitung eines inversen Modells genutzt. Die Planung der Solltrajektorie kann dann in den flachen Koordinaten des Modells erfolgen.Neben der Steuerung in der offenen Wirkungskette wurde ein Regler sowie Regelung und Vorsteuerung in Kombination unter Verwendung des inversen Modells entworfen und erprobt. Simulations- und Messergebnisse für den mobilen Roboter werden gezeigt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Marco Wegener (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Ereignisbasierte Regelung bei nichtmessbarem Zustand
Die Grundlage dieser Arbeit ist ein ereignisbasiertes Regelungskonzept, in demvorausgesetzt wird, dass der Zustand der Regelstrecke gemessen werden kann.Diese Voraussetzung ist jedoch in der Praxis häufig nicht erfüllt. DieUntersuchungen in dieser Arbeit befassen sich mit dem Einfluss einesnichtmessbaren Zustands auf die ereignisbasierte Regelung. Die darausresultierenden Änderungen und Erweiterungen am bestehenden Konzept werdenim Vortrag vorgestellt. Der nichtmessbare Zustand motiviert grundsätzlich denEinsatz eines Beobachters. Es werden zwei Beobachtertypen, ein Beobachter aufBasis der Luenberger-Struktur und ein Zustandsmengenbeobachter vorgestellt undin den ereignisbasierten Regelkreis integriert. Das Verhalten des um einenBeobachter erweiterten ereignisbasierten Regelkreises wird anhand einesAnwendungsbeispiels simulativ erprobt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dipl.-Ing. Philipp Rumschinski (Universität Magdeburg, Laboratory for Systems Theory and Automatic Control) sprach über das Thema:
Identification and hypothesis verification for discrete time nonlinear systems subject
to measurement uncertainties and uncertain informations
This talk introduces a set-based framework for model invalidation and parameter estimation for nonlinear systems. We consider systems described by nonlinear difference equations that are polynomial or rational in the variables. Experimental datais assumed to be available as possibly sparse, uncertain, but (set-)bounded measurements of inputs and outputs, which account for disturbances. The derived approach is based on the reformulation of the invalidation and parameter/state estimation tasks into a set-based feasibility problem. Exploiting the structure of the model, the resulting non-convex feasibility problem is relaxed into a convex semi-definite one, for which infeasibility can be efficiently checked. The parameter/state estimation task is then reformulated as an outer-bounding problem. In comparison to other methods, we check for feasibility of whole parameter/state regions. The practicability of the proposed approach is shown with two simple biological example systems. The talk is finalized outlining some initial ideas for the application of the derived methods to on- and off-line methods for fault detection/isolation.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Ting Jie Niu (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Erprobung einer reduzierten Zustandsregelung für eine Windkraftanlage mit hydrodynamischem Getriebe
Die Regelung der elektrischen Leistung von Windturbinen mit hydrodynamischen Getrieben zur Drehmomentwandlung stellt sehr hohe Anforderungen an die Dynamik und Regelgüte bei Windstörungen. Realisiert wurde die Leistungsregelung mit einer PI-Zustandsregelung mit Vorsteuerung über die Rotordrehzahl. Hierzu wurde bisher auf der Basis eines geeigneten Entwurfsmodells für den Nennbetrieb eine Zustandregelung mit Beobachter entworfen, welche den Turmvorstaueffekt minimiert und gleichzeitig auch den Windschwankungen entgegenwirkt. Für den Entwurf und die Realisierung wurde der Zustandsvektor des gesamten Antriebsstrangs einschließlich Kenntnisse über das aerodynamische Modell benötigt, wobei Windgeschwindigkeit oder das aerodynamische Moment und der Rotorblattwinkel als Eingangsgrößen bekannt sein oder geschätzt werden mussten. Unsicherheiten im aerodynamischen Modell und unbekannte Eingangsgrößen sind Gründe dafür ein modifiziertes Modell des Antriebsstrangs einzuführen, welches als Eingangsgröße nur noch die gemessene Antriebsdrehzahl des hydrodynamischen Getriebes verwendet. Hierdurch fallen eine Anzahl Zustände im Modell des Antriebsstrangs weg, was den Aufwand für Entwurf und Realisierung der Zustandsregelung reduziert.Das Ziel dieser Arbeit ist, auf der Basis eines reduzierten Entwurfsmodells mit der Antriebsdrehzahl als Eingangsgröße für den Nennbetrieb den Entwurf und die bestehende Zustandregelung mit Beobachter an dieses reduzierte Modell anzupassen und die Regelung für repräsentative Windfälle simulativ zu erproben.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Leila Fahimi (ATP, RUB/Bosch) sprach über das Thema:
Hybride Ladedruckregelung am zweistufigen Diesel Luftsystem
Um die Nachteile einfach turbogeladener Dieselmotoren zu überwinden, werden diese seit einiger Zeit mit zwei Turboladern ausgerüstet. Dabei wird ein kleiner Turbolader im unteren Drehzahl/Last-Bereich eingesetzt, wohingegen der große Turbolader den Bereich großer Drehzahl und Last abdeckt. Während diese so genannte zweistufige Anordnung aus konstruktiver und verbrennungsmotorischer Sicht immense Vorteile mit sich bringt, wird die zugehörige Ladedruckregelungsaufgabe erheblich verkompliziert. Dabei ist speziell die Umschaltung zwischen den beiden Turboladern im laufenden Betrieb eine Herausforderung. Nachdem im Vortrag zunächst die wichtigsten Modellierungs- und Modellreduktionsgrundlagen für das betrachtete Diesel Luftsystem erläutert werden, wird kurz auf die hybride Charakteristik der zu lösenden Ladedruck-Regelungsaufgabe eingegangen. Im Weiteren werden dann für die zwei zu unterscheidenden Betriebsmodi so genannte lokale Regler entworfen. Diese werden in einem zweiten Schritt durch geeignete Verschaltung zu einem hybriden Ladedruckregler kombiniert, dessen Eignung für die Regelung des Ladedrucks anhand von Simulationsbeispielen gezeigt wird.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Rafael Hinojosa Garcelan (Spanien) sprach über das Thema:
Aufschwingen eines invertierten Pendels
In diesem Vortrag wird eine bekannte Methode zum geregelten Aufschwingen eines invertierten Pendels und deren praktische Erprobung am Versuchsstand des Lehrstuhls ATP vorgestellt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Jorge Navarro González (Spanien) sprach über das Thema:
Modellbildung und Identifikation eines Flugmodells
Das Twin-Rotor System der Firma feedback ist ein Laborexperiment einesFlugmodells, welches gewisse Ähnlichkeiten mit Modellbeschreibungen fürHubschrauber aufweist. Das Flugmodell erlaubt Bewegungen in zweiFreiheitsgraden und wird über zwei Rotoren angesteuert. In diesem Vortrag wirdauf die physikalische Modellbildung sowie auf die experimentelleIdentifikation ohne Modellstruktur eingegangen.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Jaime Portas Garcia (Spanien) sprach über das Thema:
Simulation digital vernetzter Regelungssysteme mit TrueTime
In diesem Vortrag werden die wesentliche Funktionalitäten der MATLAB Toolbox TrueTime vorgestellt, die zur Simulation digital vernetzter dynamischer Regelungssysteme genutzt werden kann.Anhand eines Beispiels wird der Einfluss unterschiedlicher Netzwerkeinstellungen auf das Regelkreisverhalten demonstriert.
Kolloquium Automatisierungstechnik
M. Sc. Ragnar Ingi Jönsson (DTU Electrical Engineering, Technical University of Denmark) sprach über das Thema:
Fault Diagnosis for Identification of Deviant Behaviour in Dairy Cows
The main scope of this talk is to present the topics of my PhD project"Fault Diagnosis for Identification of Deviant Behaviour in Dairy Cows",which is to study mathematical modelling of behaviour and methods of faultdiagnosis and change detection for developing a detection model for adecision support system. The decision support system is developed forassisting farmers in identifying cows in oestrus, cows with lameness andcows with general digest diseases.Diagnoses incorporate data from the available population in order toisolate patterns of behaviours outside the norm for individuals whilebeing robust to common though not normal factors of disturbance.Applied methods are based on statistical change detection and automatatheory. Obtained results and publications on oestrus detection will bepresented and thoughts and problems involved in the future research ondetection of lameness will be introduced.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Katharina Freynik (RUB, ATP) sprach über das Thema:
Ereignisbasierte Regelung eines invertierten Pendels
Das Ziel der ereignisbasierten Regelung ist es, die Kommunikationshäufigkeit unter den Komponenten des Regelkreiseszu verringern. Der ereignisbasierte Regelkreis wird dabei nur nach Auftreten eines Ereignisses geschlossen,wobei ein Ereignis z. B. eine unzulässig große Regelabweichung signalisiert.Bei dem betrachteten ereignisbasierten Regelungskonzept wird einen stabile Regelstrecke vorausgesetzt. In der Studienarbeit wurde derEinfluss einer instabilen Regelstrecke auf das Regelkreisverhalten untersucht. Im Vortrag werden die wesentlichen Ergebnisse der Arbeitzusammengefasst und sowohl Simulationsergebnisse als auch experimentelle Ergebnisse der ereignisbasierten Regelung des invertierten Pendelsvorgestellt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Luis Alberto Moreno (Spanien) sprach über das Thema:
Distance control by vehicle platoons
In this bachelorthesis, different controller structures for the distance control by vehicle platoons are compared. It is assumed that the platoon is consisted of a finite number of identical vehicles. The aim of the control is to maintain a desired distance between vehicles, while ensuring that the platoon has a good disturbance resistance so that the distance tracking error does not propagate down the platoon. With the help of a communication with the first vehicle in the platoon (leader vehicle), the controller performance can be improved. However, the communication introduces unavoidable delays, which affects the system performance badly. In this talk, the main results of the study will be introduced and simulation results will be presented.
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