Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)
Übersicht SS 2014
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand.ing. Svenja Mozian (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Entwurf und Implementierung einer Regelung zur Formation mobiler Roboter
Kommunikationsnetze bieten zunehmend mehr Möglichkeiten, unabhängige Teilsysteme miteinander zu verkoppeln. Um Roboter in eine vorgegebene Formation zu steuern, muss die Regelung die Teilsysteme über ein Kommunikationsnetz so beeinflussen, dass sie sich aus unterschiedlichen Anfangspositionen asymptotisch einer vorgegebenen Struktur annähern. In dem Vortrag wird der Entwurf und die Implementierung einer Regelung zur Formation der mobilen Roboter (ePuck's) an der Anlage SAMS vorgestellt. Im ersten Schritt wurde die nichtlineare Dynamik der Roboter durch eine unterlagerte Winkelregelung weitestgehend kompensiert. Unter Verwendung des resultierenden linearen Modells wurde anschließend das Formationsproblem in ein Synchronisationsproblem überführt und eine Regelung unter Berücksichtigung der Struktur des Kommunikationsnetzes entworfen. Zur Implementierung und zum Test der Regelung wurde in MATLAB eine grafische Bedienoberfläche erstellt in der es möglich ist die Roboter in Betrieb zu setzen, die Formationsstruktur vorzugeben und Messwerte auszulesen.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Marc Schmid, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Ausarbeitung und Erprobung eines Konzeptes zur Positionsregelung eines Quadrokopters
Quadrocopter und andere Multicopter sind unbemannte Kleinstuggeräte (Drohnen), bestehend aus einer Steuereinheit und symmetrisch angeordneten Auslegern, an deren Enden sich die Rotoren befinden. Ziel dieser Arbeit ist der Entwurf einer Positionsregelung, einer lineare Trajektorienfolgeregelung und einer flachheitsbasierte Vorsteuerung zur Trajektorienfolge für einen Quadrocopter. Auf Basis eines linearisierten Modells des Quadrocopters mit einem stabilisierenden PD-Regler (Lageregler) wird zunächst eine linearere Positionsregelung entworfen. Diese ermöglicht einen Schwebeflug, sowie einen stückweise konstanten Positionswechsel ohne bleibende Regelabweichung. Um auch zwischen den verschiedenen Positionen eine im Voraus geplante Trajektorie abfliegen zu können, wird der Regelkreis um eine Trajektorienplanung und eine inversionsbasierte Vorsteuerung erweitert. Die Regelung bleibt erhalten, um mögliche Störungen und Modellunsicherheiten auszugleichen. Der Entwurf der Vorsteuerung erfolgt zunächst ebenfalls auf Basis des linearisierten Modells in Eingangs/Ausgangs-Normalform. Anschließend wird gezeigt, dass der Quadrocopter ein flaches System darstellt und eine (nichtlineare) flachheitsbasierte Vorsteuerung entworfen. Die Regler und Vorsteuerungen werden in Simulationen am nichtlinearen Modell erprobt und evaluiert.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Nurullah Kavak (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Erprobung einer sich selbstorganisierenden Regelung mit Informationsanforderung
zur Positionierung von Fahrzeugen
In dieser Arbeit geht es um die Erprobung einer sich selbstorganisierenden Regelung mit Informationsanforderung zur Führungsgrößenfolge von autonomen Agenten. Mit der Informationsanforderung wird ein besseres Führungsverhalten mit gleichzeitig reduziertem Kommunikationsaufwand erreicht. Die Erprobung erfolgt sowohl simulativ mit Matlab/Simulink als auch experimentell mit Epucks an der Anlage SAMS.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Christoph Kampmeyer, B.Sc. (ATP, RUB) sprqach über das Thema:
Analyse und Entwurf synchronisierender Regelungen mit Frequenzbereichsmethoden
Das grundlegende Ziel der Synchronisation von Multiagenten-Systemem ist die asymptotische Konvergenz der Agenten auf eine gemeinsame Trajektorie. Des Weiteren ist es für praktische Anwendungen erforderlich, dass das Übergangsverhalten des Synchronisationsfehlers zusätzliche Anforderungen wie eine maximale Beruhigungszeit oder ein maximales Überschwingen erfüllt. In dieser Masterarbeit wird untersucht, wie sich solche direkten Spezifikationen des zeitlichen Verhaltens des Synchronisationsfehlers auf die Parameter des Multiagenten-Systems beziehen lassen. Basierend auf einer Frequenzbereichsdarstellung des Systems wird sowohl der Einfluss der Agenten, als auch des Kommunikationsnetzes analysiert. Es werden Entwurfsmethoden für synchronisierende Regler, welche zeitliche Anforderungen an das Übergangsverhalten des Synchronisationsfehlers garantieren können, entwickelt. Zunächst wird der Entwurf anhand der Wurzelortskurve direkt angewendet, um Regler für ein vollständig vernetztes Multiagenten-System zu gestalten. Der Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Herleitung eines Entwurfsverfahrens für Systeme mit beliebigen ungerichteten Kopplungen. Abschließend wird die Methode erweitert, um sie auf Netzwerke aus Agenten mit unterschiedlichen Dynamiken und mit gerichteten Kopplungen anwenden zu können. Die Entwurfsmethoden werden simulativ und experimentell anhand der Regelung einer Formation aus vier mobilen Robotern untersucht.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand.ing. Engin Polat (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Implementierung und Erprobung einer Methode zum Steuerungsentwurf für deterministische Eingangs/Ausgangs-Automaten
In dem Kolloquium zur Bachelorarbeit "Implementierung und Erprobung einer Methode zum Steuerungsentwurf für deterministische Eingangs/ Ausgangs-Automaten" wird eine vorhandene Steuerungsmethode für deterministische E/A- Automaten vorgestellt. Dazu wurde der zuvor erstellte Steuerungsalgorithmus in MATLAB und Simulink implementiert bzw. umgesetzt. Die umgesetzte Methode und die daraus entstandenen Simulations- und Erprobungsresultate am virtuellen Pick&Place System der Firma ITS-PLC werden abschließend vorgestellt.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
Yannnick Laumonier, B.Sc. (ENS Cachan, Frankreich) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Controller Design for the Handling System HANS
The aim of this project is to implement and test a newly developed controller design method for deterministic Input/Output automata using the handling system HANS (a pick-and-place system with elements such as grippers, deflector and deposit stations).To implement and test the controller design method, the controller and a trajectory planning unit needed to be programmed in Matlab and added to an existing Simulink model. And, to test the controller design method, a model for the handling system has been created by extending an existing one. Then meaningful test cases were used to prove the controllability and to observe the behavior of the controller unit.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dennis Stepanow, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Ausarbeitung und Implementierung einer Methode zur strukturellen Rekonfigurationsanalyse nach Sensor- und Aktorausfällen
Die fehlertolerante Regelung hat das Ziel, die Verfügbarkeit technischer Prozesse zu erhöhen, indem verhindert wird, dass das Fehlverhalten von Systemkomponenten zum Ausfall des gesamten Systems führt. Durch eine Rekonfiguration wird die Funktion der fehlerhaften Systemkomponente durch andere, verfügbare Komponenten rekonstruiert. Die strukturelle Rekonfigurationsanalyse hat das Ziel, vor der Berechnung einer Rekonfiguration mit strukturellen Methoden die für die Rekonfiguration hilfreichen Komponenten zu ermitteln. Dazu wird zunächst der vom Fehler betroffene Systemteil identifiziert. Anhand der Systemstruktur wird geprüft, mit welchen Komponenten dieser Systemteil verbunden ist und welche Rekonfigurationsziele erfüllt werden können. Es wird ein reduziertes Rekonfigurationsmodell gebildet, mit dem die Rekonfiguration auf den notwendigen Teil beschränkt wird. Da eine strukturelle Analyse qualitative Ergebnisse liefert, wird bei mehreren gleichwertigen Ergebnissen anhand von Steuer- und Beobachtbarkeitsmaßen ermittelt, welche Rekonfigurationsmöglichkeiten am geeignetsten sind. Es wird ein bestehendes Quadrocopter-Modell auf acht Rotoren erweitert, um die Rekonfigurationsanalyse eines Aktorausfalls mit abschließender Rekonfiguration und Simulation durchzuführen.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dennis Michaelis, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Synchronisation vernetzter Agenten nach Ausfall von Informationskopplungen
Die Masterarbeit beschäftigt sich mit den Störungen innerhalb des Kommunikationsnetzes einer geregelten Fahrzeugkolonne mit dem Ziel der Synchronisation. Es wird der Entwurf zweier Methoden vorgestellt, die durch Veränderung des Kommunikationsnetzes versuchen, die dynamischen Eigenschaften der Kolonne trotz der Störung zu erhalten bzw. anzunähern. Durch das Aufstellen eines mathematischen Modells der Kolonne und des Kommunikationsnetzes sowie der Herleitung einer Synchronisationsbedingung können diese Methoden motiviert und systemmatisch entworfen werden. Nachdem ebenfalls das Modell eines Fahrzeugs aufgestellt wird, können die zuvor beschriebenen Methoden zunächst simulativ in MATLAB/SIMULINK untersucht werden. Anschließend werden die Simulationsergebnisse diskutiert. Die Funktionsweisen der vorgeschlagenen Methoden werden an der Versuchsanlage SAMS experimentell untersucht und es wird gezeigt, dass die Experimente die zuvor getätigten Simulationen qualitativ belegen können.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Markus Zgorzelski, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Fehlertolerante Steuerung eines ereignisdiskreten Prozesses im Handling System HANS
Die Masterarbeit beschäftigt sich mit einem Verfahren zur fehlertoleranten Steuerung von ereignisdiskreten Systemen. Das Verfahren hat die Aufgabe, einen Fehler in einem gesteuerten System zu erkennen und die Steuerung so anzupassen, dass das fehlerbehaftete System die vorgegebene Aufgabe weiterhin erfüllt. Dazu wird in dem kombinierten Verfahren mit der Methode der Diagnose die Fehlererkennung und -Identifikation, sowie mit der Methode der Rekonfiguration die Steuerungsanpassung durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine objektorientierte Implementierung des Verfahrens erstellt und ein Erprobungsprozess mit sinnvollen Fehlerfällen modelliert, um in einer simulativen und experimentellen Erprobung am Handling System HANS das Verfahren zu untersuchen. Des Weiteren wurde eine unterlagerte Steuerung entworfen, mit der die experimentelle Erprobung des Verfahrens durchgeführt wurde.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Gökhan Akgün (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Implementierung und Erprobung eines Aufschwingalgorithmus für ein invertiertes Pendel
Ziel dieser Arbeit ist die Analyse und Implementierung existierender Methoden, die ein Aufschwingen eines invertierten Pendels aus der unteren Ruhelage in die obere instabile Ruhelage ermöglichen. Untersuchungsgegenstand sind ein modellbasierter und ein experimenteller Aufschwingalgorithmus. Anhand von Simulationen an einem MATLAB/Simulink Modell einer realen Anlage werden die Aufschwingalgorithmen erprobt und dessen Verwendbarkeit beurteilt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Adam Váš, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Erprobung einer sich selbstorganisierenden Regelung an der verfahrenstechnischen Anlage VERA
The master's thesis presents an experimental verification of a self-organizing networked controller for command tracking in multi-agent systems on the process plant VERA. The individual agents are represented by the tanks of the plant. Each agent is equipped with a local control unit which allows the agent to track a certain command signal. The agents are coupled through an unidirectional communication structure in which each agent output is communicated to the set of agent's followers. The communication structure is adapted by the local control units in a self-organized way in response to a change in the command signal to achieve a desired control performance. The thesis investigates the satisfaction of defined control aims in various communication structures and their effect on the control performance of the multi-agent system.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Kai Lamers, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Erprobung einer sich selbstorganisierenden Regelung zur Positionierung von
autonomen Fahrzeugen
Die Masterarbeit beschäftigt sich mit der Erprobung eines Konzeptes zur sich selbstorganisierenden Regelung für Multiagentensysteme. Ziel des Konzeptes ist es, die Synchronisation eines Multiagentensystems bei unidirektional gekoppelter Kommunikationsstruktur aufrecht zu erhalten, obwohl einzelne Agenten gestört sind. Die Idee besteht darin, die Kommunikation von gestörten zu ungestörten Agenten zu unterbrechen, sobald die Störwirkung eine bestimmte Grenze überschreitet. Diese Abschaltung bewirkt eine Begrenzung der Störausbreitung und wirkt sich somit positiv auf das Regelverhalten aus. Das theoretisch entworfene Konzept soll im Rahmen dieser Arbeit an einer realen Anlage mit mehreren Fahrzeugen gleicher Dynamik erprobt und für unterschiedliche Szenarien untersucht werden. Darüber hinaus findet eine Erweiterung des Regelungskonzeptes zur Sicherung der Synchronisation in Situationen statt, in denen das untersuchte Konzept keine Synchronisation gewährleisten kann. Die Ergebnisse der Arbeit werden in diesem Vortrag präsentiert.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Ph.D. Stefano Riverso (Università degli Studi di Pavia, Italien) sprach über das Thema:
Distributed and plug-and-play control for constrained systems
In this seminar, we consider the problem of designing decentralized and distributed controllers for large-scale constrained systems composed by a number of interacting subsystems. We consider decentralized synthesis, i.e. design procedures where the whole model of the large-scale system is never used in any step of the synthesis process. Moreover, the proposed design of a local controller can use information at most from parents of the corresponding subsystem. This approach has several advantages. First, the communication flow at the design stage has the same topology of the coupling graph, that is usually sparse. Second, after each parent subsystem has sent required quantities to its children, the design of local controllers can be done in parallel. Indeed, computations required for the design of a local controller can be performed using local computational resources only. Third, the complexity of synthesizing a local controller for a subsystem scales only with the number of its parents rather than the total number of subsystems. Fourth, if a subsystem joins an existing network (plug-in operation) at most subsystems that are influenced by it can retune their controllers. In other words, besides the synthesis of a local controller for the new subsystem, changes in the existing control scheme can embrace controllers of child subsystems only. In a similar way, if a subsystem leaves the network (unplugging operation) at most its children can retune their controllers. We refer to this kind of decentralized synthesis as Plug-and-Play design if, in addition, when a subsystem joins/leaves an existing network of subsystems there is a procedure for automatically assessing if the operation does not spoil stability and constraint satisfaction for the overall large-scale system.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Ph.D. José Silva Oliveira Araujo (KTH, Sweden) sprach über das Thema:
Design and Implementation of Resource- Aware and Resilient Wireless
Cyber-Physical Systems
In this talk we adress the problem of distributed reconfiguration of networked control systems under sensor and actuator faults. In particular, we consider the scenario where sensor and actuator networks cooperate in order to recover from sensor and actuator faults. Such recovery is performed through a reconfiguration which minimizes the estimation error and minimizes the control loss, while guaranteeing that the same state estimate and state trajectory is obtained.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Peter Göttel, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Entwurf, Analyse und Erprobung einer Methode zur ereignisbasierten Regelung physikalisch gekoppelter Systeme
In dieser Masterarbeit wird eine ereignisbasierte verteilte Regelung methodisch eingeführt und simulativ bzw. experimentell erprobt. Dazu wird ein Ansatz zur kontinuierlichen verteilten Regelung eingeführt, anhand dessen eine ereignisbasierte Implementierung vorgenommen wird. Diese Regelung wird simulativ und experimentell an einem thermofluiden Prozess an der verfahrenstechnischen Anlage VERA erprobt.
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