Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)
Übersicht SS 2012
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Frederik Stadtmann (RUB, ATP/Siemens AG) sprach über das Thema:
Fehlertolerante Steuerung bei Sensorfehlern am Beispiel eines Fertigungsprozesses
Das Ziel fehlertoleranter Steuerung ist es die Verfügbarkeit technischer Anlagen zu erhöhen. Um das Potential des fehlertoleranten Betriebs zu demonstrieren ist, im Rahmen meines Pflichtpraktikums bei der Siemens AG, ein Konzept für die aktive fehlertolerante Steuerung bei Sensorfehlern umgesetzt und erprobt worden. Mit Hilfe eines robusten Zustandsbeobachters werden Fehler erkannt und der Weiterbetrieb ermöglicht. Unsicherheiten werden durch die Einschlusseigenschaft des Beobachters berücksichtigt. Im Vortrag werden Aspekte der Implementierung und ausgewählte Ergebnisseder Erprobung vorgestellt.
Fakultätskolloquium Automatisierungstechnik
Dr.-Ing. Jan Richter (Siemens AG Nürnberg) sprach über das Thema:
Verlässlichkeit in der industriellen Automatisierung
Dieser Vortrag besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einem Überblick und aus einem Beitrag zur Zuverlässigkeitsanalyse. Der erste Teil gibt einen breiten Überblick über Problemstellungen, Anforderungen und Lösungen hinsichtlich der Verlässlichkeit in der industriellen Automatisierung. Unter dem Begriff der Verlässlichkeit wird das Grad an Vertrauen verstanden, das in die Erbringung zugesichterter Funktionalität gerechtfertigt ist. Der Verlässlichkeitsbegriff umfasst insbesondere die präziser fassbaren Begriffe der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, funktionalen Sicherheit, Wartbarkeit, Integrität und Vertraulichkeit. Am Beispiel des Siemens-Produktspektrums wird gezeigt, wie sich Anforderungen bezüglich dieser Eigenschaften auf reale Automatsierungsgerätschaften abbilden. Im zweiten Teil wird ein neues Verfahren zur schnellen Zuverlässigkeitsbewertung großer technischer Systeme vorgestellt, dessen geringer Rechenbedarf eine enge Integration in Entwurfssoftware zum sogenannten Product Lifecycle Management (PLM) erlaubt. Das Verfahren erlaubt die präzise Abschätzung der mittleren Überlebenswahrscheinlichkeit über eine Missionsdauer sowie die zugehörige Varianz des Gesamtsystems, wobei das Ausfallverhalten der Teilkomponenten mit beliebigen Wahrscheinlichkeitsverteilungen beschreiben sein kann und die Systemstruktur durch ein Zuverlässigkeitsblockdiagramm beschrieben sein muss. Der Ansatz basiert auf der Unscented Transformation, die ihren Ursprung im Umfeld der nichtlinearen stochastischen Filterung hat. Ein Beispiel demonstriert die Leistungsfähigkeit des Verfahrens.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dipl.-Ing. (FH) Sven Bodenburg (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Lineare Matrixungleichungen - Reglersynthese
In dem Einführungsvortrag vom 15. Februar wurde die Herleitung von linearen Matrixungleichungen (LMI) behandelt, deren Definition eingeführt und Eigenschaften diskutiert. Daran anschließend setzt sich dieser Vortrag mit dem Thema der Reglersynthese mit Hilfe linearer Matrixungleichungen auseinander. Es wird eine Synthesestrategie für statische Zustandsrückführungen vorgestellt die für LTI Eingrößensysteme mit Stellgrößenbeschränkungen eingesetzt werden kann. Aus diesem Ansatz resultieren zwei Methoden zur Bestimmung eines optimierten Reglergesetzes. Die Implementierung dieser Methoden wird anhand von Beispielen in Matlab verdeutlicht.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dr. Yang Liu (Beihang University, Beijing) sprach über das Thema:
Consensus Control of Multi-agent Systems with Uncertainties
This lecture mainly discusses the consensus problem of complex multi-agent systems with various uncertainties, including external disturbance, model uncertainty, and unknown dynamics. In particular, the following three cases are investigated:
- consensus control of multi-agent systems with external disturbance and model uncertainty by the H-infinity theory;
- adaptive consensus control of multi-agent systems with partly unknown dynamics;
- consensus-based formation control of nonlinear multi-agent systems by the iterative learning method.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Quang Thuan Nguyen, M.Sc. (Slovenká technická univerzita v Bratislave) sprach über das Thema:
Robust Stabilization of Networked Control Systems (NCS)
The main aim of my presentation is to introduce about new synthesizing methods of robust output feedback controller for an uncertain linear system over communication network in the cases of time varying network-induced delay and arbitrary packet-loss. The obtained controller ensures parameter dependent quadratic Stability and guaranteed cost for the NCS. Polytopic linear model is used to describe the uncertain system. In the case of time-delay, based on partitioning scheme of time-varying delay and using integral quadratic constraint, a new discretized Lyapunov-Krasovskii functional method is obtained to reduce conservatism of algorithm. The resulting packet-loss problem is solved by using prediction based compensation with new model predictive control.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Fabian Gerecht (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Ereignisdiskrete fehlertolerante Steuerung einer Fertigungsanlage
Fehlertolerante Steuerungen sollen sicherstellen, dass ein vorgegebenes Steuerziel auch dann eingehalten wird, wenn in einem technischen System Fehler auftreten. Die hierfür verwendete Methode beruht auf der Vorwärts- bzw. Rückwärtsrekonfiguration der Steuerung. Sie ist im Rahmen dieser Arbeit in einem realen Prozess an der Fertigungsanlage des Lehrstuhls erprobt worden. Dazu wurde mit MATLAB/Simulink und der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) eine ereignisdiskrete Steuerung implementiert, die in der Anlage einen Fertigungsprozess steuert. Für Aktor-, Sensor- bzw. Prozessfehler wird gezeigt, wie die Steuerung mittels entsprechender Redundanzen so rekonfiguriert wird, dass der Fertigungsprozess trotz Fehler aufrecht erhalten werden kann. Zur Komplexitätsreduktion ist für die Rekonfiguration der Steuerung ein neuer heuristischen Such-Algorithmus entwickelt worden, der speziell für die Suche von Redundanzpfaden in Automatennetzen geeignet ist. Die entstandenen Messergebnisse werden vorgestellt und bewertet.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Thorsten Köllner (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Simulative Untersuchung des Synchronisationverhaltens autonomer Agenten durch vernetzte Regelung
Mit der Verwendung des LQ-Reglers, ist es möglich ein Multi-Agenten-System zu synchronisieren. Typischerweise führt der Entwurf LQ-basierter Optimalregler auf eine vollständige Verkopplung des Multi-Agenten-Systems. Der in dieser Bachelorarbeit verwendete Reglerentwurf führt auf ein vernetztes Multi-Agenten-System bei dem die Regelung die Teilsysteme in einer zyklischen Struktur verkoppelt. Die Wahl der Wichtungsmatrizen, und ihr Verhältnis zueinander, ist im Reglerentwurf für das Synchronisationsverhalten entscheidend. Als Bewertungsgrundlage der Synchronisationsperformanz wird eine Berechnungsvorschrift für die Synchronisationszeit eingeführt. Eine geeignete Wahl der Wichtungsmatrizen führt auf einen Regler, der die Teilsysteme unterschiedlich stark miteinander verkoppelt und eine Synchronisation gemäß dieser Kopplungen begünstigt. Daraus resultierend, entsteht die Möglichkeit einer Synchronisation bevorzugter Teilsysteme. Das Ziel der Arbeit bestand in der simulativen Untersuchung der Vernachlässigbarkeit schwacher Kopplungen. In der Arbeit wurde gezeigt, dass eine einfache Vernachlässigung der Reglermatrizen einen Verlust darstellt, der durch alleinige Anpassung der Wichtungsmatrizen nicht korrigiert werden kann.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dr.-Ing. Pia Kempker (Vrije Universiteit Amsterdam) sprach über das Thema:
Coordination Control of Linear Systems
Coordinated linear systems are a particular class of hierarchical control systems with a top-to-bottom information structure: Several local subsystems at the lower level are influenced by a coordinator subsystem at the higher level. The corresponding LQ optimal control problem separates into independent LQ problems at the lower level, which can be solved locally, and a more involved control problem at the coordinator level. For the latter problem, two possible approaches are discussed: Finding the optimal coordinator feedback via numerical optimization, and approximating the centralized optimum by means of event-based bottom-to-top feedback.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Dennis Hußlein (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Anwendung eines Formalismus zum ereignisdiskreten Steuerungsentwurf
Kolloquium Automatisierungstechnik
Patrick Otte, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Kooperative Regelung von Multiagentensystemen in diskreter Zeit mit simulationsabhängiger Datenübertragung
Multiagentensysteme entstehen aus einer beliebigen Anzahl vonTeilsystemen, die oft als Agenten bezeichnet werden. Für das Erreicheneines kooperativen Regelungsziels ist ein Datenaustausch zwischen den Agenten benötigt. Um den Kommunikationsaufwand gering zu halten, wirdin dieser Arbeit ein ereignisbasierter Datenaustausch durchgeführt. Zusätzlich wird eine Dekompositonsmethode eingeführt, wodurch die Komplexität der Reglerentwurfsaufgabe vereinfacht wird. In diesem Vortrag werden ausgewählte Ergebnisse aus der Masterarbeitvorgestellt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Christopher Schymura (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Entwurf und Erprobung einer ereignisbasierten Regelung zur Störkompensation
für einen thermofluiden Prozess
In dieser Studienarbeit werden zwei Methoden für den Entwurf ereignisbasierter Regelungen für physikalisch gekoppelte Systeme an einem thermofluiden Prozess erprobt. Der Prozess wird an der verfahrenstechnischen Pilotanlage VERA realisiert. Die erste Methode ist eine dezentral realisierte ereignisbasierte Regelung, bei der die Stellgrößen dezentral und nur unter Verwendung von Modellinformationen über die entsprechenden Teilsysteme generiert werden. Die zweite Methode stellt eine verteilte Realisierung der zentralen ereignisbasierten Regelung dar. Dabei wird die Stellgröße für jedes Teilsystem mit Hilfe von Modellinformationen über den gesamten Regelkreis erzeugt. Die Zielsetzung dieser Arbeit besteht in der Erprobung beider Regelungsstrukturen in Bezug auf die Störkompensation, wobei insbesondere die Reduktion des Kommunikationsaufwandes über die Rückführung des ereignisbasierten Regelkreises betrachtet wird. Die Ergebnisse der simulativen und experimentellen Erprobung beider Methoden zur ereignisbasierten Regelung zeigen, dass die Anzahl der Ereignisauslösungen reduziert wird, wenn zur Erzeugung der Stellgröße mehr Modellinformationen über das Gesamtsystem genutzt werden.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Börge Kroniger (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Entwurf und Analyse einer dezentralen Regelung physikalisch gekoppelter
Teilsysteme mit ähnlicher Dynamik unter Variation eines Nominalmodells
Die Regelung physikalisch gekoppelter Teilsysteme nimmt in der heutigen Welt eine immer wichtiger werdende Rolle ein. So müssen in der Verfahrenstechnik bspw. Extruder, die zur Kunststoffgewinnung dienen, geregelt werden. Häufig ist es bei diesen Problemstellungen nicht möglich, praktikabel oder gewollt, einen zentralen Regler zu entwerfen, der über sämtliche Informationen des Gesamtsystems verfügt, da entweder die Teilsysteme räumlich zu weit voneinander entfernt sind, um Kosten einzusparen oder die physikalische Kopplung dies nicht notwendig macht. Daher wird dazu übergegangen, jedes einzelne Teilsystem dezentral zu regeln, wobei der angedockte Regler nur Zugriff auf die Signale des entsprechenden Teilsystems hat. Dies muss beim Entwurf berücksichtigt werden, wobei Güteforderungen wie Sollwertfolge und Störkompensation gewährleistet werden sollen. Höchste Priorität hat dabei die Stabilität des verkoppelten Gesamtsystems. Zudem soll die Ausdehnung einer in einem Teilsystem angreifenden Störung minimiert werden. In dieser Arbeit wird eine solche dezentrale Regelung physikalisch gekoppelter Teilsysteme simulativ untersucht, wobei als Simulationsbeispiel ein Multizonenofen dient. Es werden unterschiedliche Arten der Reglersynthese durchgeführt und diese miteinander verglichen. Zur Untersuchung der Stabilität der dezentralen Regelung wird eine Zustandstransformation durchgefuhrt..
Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. André Feiler (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Entwicklung eines Beschleunigungsmesssystems für Strangießkokillen
In einer Stranggießanlage, findet der Übergang zwischen festem und flüssigem Stahl in dersogenannten Kokille statt. Die Kokille ist dabei das formgebende Element für den Stahlstrang.Durch die Kühlung der Kokillenwände bildet sich eine sehr dünne und empfindliche Strangschale, die beim ausfördern des Stranges reißen kann. Ein Reißen der Strangschale führt unmittelbar zu einem Gießabbruch und der Beschädigung der Anlage, durch den Austritt flüssigen Stahls in die Anlage. Um die Reibung zwischen Strangschale und Kokillenwand so gering wie möglich zu halten, und damit ein Reißen der Schale zu verhindern, wird die Kokille, über einen Hubtisch, in eine Oszillationsbewegung versetzt. Ein optimaler Gießprozess hängt somit von der exakten Positionierung/Bewegung der Kokille ab. Die Oszillationsbewegung wird mit hydraulischen Zylindern gesteuert. Über ein Blattfedersystem wird diese Bewegung an die Kokille übertragen. Dadurch treten Unterschiede zwischen der Bewegung der Zylinder und der Bewegung der Kokille auf.In dieser Diplomarbeit soll ein Messsystem entwickelt werden, welches zu jedem Zeitpunktden Status (Beschleunigung, Geschwindigkeit und Position) der Kokille exakt misst. Dabei muss das Messsystem Aufschluss über das Verhalten in allen drei ewegungsrichtungen der Kokille geben. Zusätzlich dazu soll es möglich sein die Frequenzspektren für alle Messdaten aufzunehmen. Diese Daten sollen dann in einer Anpassung der Oszillationsbewegung verwendetwerden können.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Yasin Erkul (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Erstellung einer grafischen Benutzeroberfläche zur automatisierten Synthese zweier Reglerstrukturen für einen linearen Prozess
Die vorliegende Bachelorarbeit behandelt die Erstellung einer grafischen Benutzeroberfläche zur Synthese zweier Reglerstrukturen für lineare Eingrößensysteme. Gegenstand für die Ausarbeitung ist die Auswahl und Implementierung eines geeigneten Reglersyntheseverfahrens für den PI-Regler und die Zustandsrückführung. Die grafische Oberfläche basiert auf MATLAB GUIDE. Die Bedingung für diese Arbeit ist, dass die Reglerparameter güteabhängig sind. Die Güteforderungen, die Überschwingzeit Tm, die Überschwingweite d_h und die Beruhigungszeit T5% werden vom Benutzer vorgegeben. Ziel ist eine Vereinfachung der Reglersynthese zu schaffen. Vor diesem Hintergrund soll die Synthese beider Reglerstrukturen automatisiert erfolgen. Die verwendeten Methoden und Implementierungsschritte der Synthesen werden in dieser Arbeit beschrieben.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Kai Lamers (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Erprobung und Implementierung einer Methode zur aktiven Fehlerdiagnose ereignisdiskreter Systeme
Im Rahmen fehlertoleranter Steuerungen ereignisdiskreter Systeme spielt der Bereich der aktiven Fehlerdiagnose eine wichtige Rolle.Eine solche aktive Fehlerdiagnosemethode wurde im Rahmen dieser Arbeit in MATLAB implementiert und erprobt. Dazu wurden Simulationsexperimente an zyklischen und parallelen Automaten, sowie an Automaten ohne spezielle Anforderungen an ihre Struktur durchgeführt.Durch Variation von Experimentparametern, wie etwa der Zustandsanzahl beteiligter Automatenmodelle, der Anzahl betrachteter Fehlermodelle oder der Fehlergröße konnten Zusammenhänge zur durchschnittlichen Länge der Diagnosesequenz gefunden werden.Im Vortrag werden die Grundlagen der untersuchten Methode, Einblicke in die Implementierung und die Ergebnisse der Arbeit vorgestellt.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Petya Doycheva (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Implementation of a discrete event process at the three-tank system
The aim of the presented Bachelor thesis was to realize a given discrete-event process at the three-tank system by implementing a controller for the plant in MATLAB/Simulink. The process imitates a production process in a manufacturing plant. and to develope a model of the controlled plant using timed I/O automata. A model for the controlled process will be presented in form of a characteristic function and an automated graph. Besides, some results regarding the modeling approach and the robustness of the model will be discussed. Finally, the process will be demonstrated at the plant.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Bilal Kilic (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Modellbildung eines mobilen Roboters und Erstellung eines 3D Modells mit der Simulink 3D-Animation-Toolbox
Mobile Roboter stellen in der heutigen Zeit wichtige Werkzeuge zum Lösen unterschiedlichster Aufgaben dar. Bevor mobile Roboter zum Einsatz kommen können, werden mathematische Modelle der Roboter erstellt und überprüft, ob Mindestanforderungen durch den Roboter erfüllt werden können. Zur Visualisierung des oft komplexen Bewegungsablaufs mobiler Roboter werden 3D-Modelle erstellt. Aus diesen Gründen wird in dieser Arbeit zuerst die Modellierung des mobilen Roboters durchgeführt. Anschließend wird unter Verwendung der 3D-Animation-Toolbox die Erstellung des 3D-Modells des mobilen Roboters vorgestellt und die Implementierung des dynamischen Modells und des 3D-Modells in Matlab/Simulink verdeutlicht.
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